Широкодиапазонный анализатор спектра Советский патент 1987 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к информацнои- iio-n.i,u (HTC. ibHoi i технике и может быть ис- по.,)ваио при спектральном апализе ninpo- кополосных электрических, акустических, вибраниопных и других сигналов инфразву- кового и звукового диапазона частот.

Цель изобретения - расндирепие частотного диапазона анализа в реальном времени с высокой разреи1аю1цей способностью по частоте.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого нжрокодиапазонного анализатора спектра. :

Широкодиапазоппый анализатор спектра содержит блок входных фильтров 1.1 - 1.N с ключами 2.1-2.N, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 памяти, состоящий из N секций 4.1--4.N, двоично-прореживаюий мультиплексор 5, процессор 6 быстро- -о преобразования Фурье, генератор 7 так- товых импульсов. двоично-прореживаюп1ий распределитель 8 и счетчик 9 адресов записи. Входы фильтров объединены и подключены к сигнальному входу устройства, а выходы че|)ез соответствуюпд.ие к..тючи 2.1 - 2.N - к в.ходу аналого-цифровог О преобразователя 3, выход которого соединен с информа- ппонными входами блока 4 памяти. Выходы секций блока памяти через двоично-прореживающий мультиплексор подключены к входу процессора быстрого преобразования Фурье, а управляющий вход мультиплексора соединен с командны.м выходом процессора. Управляющие входы ключей 2.1 - 2.N и соответствующие им входы разрешения записи блока 4.1-4.N памяти подключены к выходам двоично-прореживающего распределителя 8, вход которого соединен с выходом генератора 7 тактовых импульсов, входом счетчика 9 адресов записи и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 3. Адресные тины первой секции блока памяти подключены к выходам младщих разрядов счетчика 9 адресов записи, а адресные щины каждой последующей секции подключены к выходам счетчика 9 со сдвигом на k разрядов по отпредыдущеи в сторону стар1пих спектра работает следуюнощению к разрядов.

Анализатор щим образом.

Входной сигнал через фильтры 1.1-1.N нижних частот и ключи 2.1-2.N поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, работающего с тактом, задаваемым генератором 7 тактовых импульсов. Двоично- прореживающий распределитель вырабатывает N последовательностей неперекрывающихся во времени импульсов, длительность которых равна периоду тактовых импульсов, частота первой последовательности равна но- ловине частоты тактовых импульсов, а частота каждой следующей поеледовательпостп в 2 раз меньше, чем предыдущей, р-я noc.ie- довательность ИМПУЛЬСОВ используется для

подключения выхода р-го фильтра к входу ана;1ого-цифрового преобразователя и для разрешения записи результата преобразования в р-ю секцию блока 4 памяти. Адресные ншны секций блока памяти подключены к выходам разрядов счетчика 9 адресов записи с нарастающим смещением в сторону старших разрядов ступенями по к разрядов, благодаря чему смена адресов р-й секции

блока па.мяти происходит в 2 раз медленнее, чем в первой секции. В результате совместной работы двоично-прореживающего расределителя и счетчика адресов записи в первую секцию блока памяти записываются отсчеты сигна.та самого высокочастотного поддиапазона, а в р-ю секцию -- поддиапазона с граничной частотой в раз .меныней. Длительность записанной реализации сигнала в р-й секции оказывается в больше, чем в первой секции, что обеспечивает в 2 раз более узкую полосу

анализа.

Д во и ч но - п ро ре ж и в а ю щ и и м ул ьти п л е к - сор периодически г1одк.тючает к входу процессора 6 быстрого преобразования Фурье выход каждой из секций блока памяти

на время, достаточное для выполнения операций БПФ, причем обращение к первой секции осун ествляется с частотой, отвечающей условиям анализа в реальном времени самого высокочастотного поддиапазона, а в р-й секции -- с частотой в 2 раз более

низкой. При это.м обеспечивается анализ в реальном времени всех поддиапазонов, а полное перекрытие по частоте диапазона анализируемых сигналов состав.пяет 2. Величина 2 определяет пределы изменения относительной ширины по.юсы анализа. При k 1 получаем анализ в октавных поддипазаонах с изменением относительной ширины полосы всего в 2 раза и с полным час- тотны.м перекрытием 2 (напри.мер, при N 10 - в 1024 раза). Это наилуч1пее для предлагаемой структуры приб.тижениек анализатору с ностоянной относительной нири- ной полосы анализа.

Двоично-прореживающий распределитель состоит из триггера-делителя частоты

45 на 2, двух 14-разрядных двоичных счетчиков, счетные входы которых подключены к противофазным выходам триггера, и семи логических элеметов И-НЕ, входы которых нодключены к выходам четных разрядов счет чиков. В качестве первого выхода распреде50 лителя используется инверсный вы.ход триггера, а в качестве второго и последующих -- выходы элементов И - НЕ. Двоично-прорежи вающий мультиплексор состоит из мультиплексора, выполненного на микросхемах КГ)ЗЗКП7, и аналогичного описанному дво55 ично-прореживающего распреде. -ителя с шифратором, преобразующим cocтoяflия восьми выходов распреде.. 1ителя в сигна.пы для управляющих шин мультиплексора. Умp;ii ,, 1як)1цим сигналом двоично-прорежи- ияклцего мультиплексора являют я импульсы, вырабатываемые в процессоре БПФ после завершения вычисления коэффициентов Фурье в очередном поддиапазоне.

В конкретном примере предлагаемого устройства обеспечивается анализ в реальном времени сигналов в диапазоне частот от 0,15 Гц до 5 кГц (перекрытие по частоте более 32 тыс.) с изменением относительной ширины полосы от 0,3 до ,2%.

Таким образом, предлагаемь й широкоди апазонный анализатор спектра позволяет расширить частотный диапазон анализируемых в реальном времени сигналов.,

Формула изобретения

Широкодиапазонный анализатор спектра содержащий гребенку из N фильтров нижних частот и Л ключей, причем вы.ход п-го фильтра соединен с входом л-го ключа (п 1-/V) соответственно, аналого-цифровой преобразователь, .V-секционный блок памяти счетчик адресов записи, процессор быстрого преобразования Фурье, генератор тактовых импульсов, приче.м входы фильтров объединены и яв.тяются входом устройствам, выходы ключей объединены и соединены с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого

0

5

0

5

соединен с выходом i eMep-aroiin такювь. х импульсов и входо.м счетчик,) адресов з;;- писи, выход аналого-ци4 роеого преобразователя соединен с информационным входо.м каждой секции /V секционного б. юка памяти, адресный в-.од /г-ой секции (п 1 --.-V) соединен с л-м выходом счет мжа адресов : аписи, причем адресный вход первой с.(ции соединен с выходом младшего разря- ,iii счетчика, от,1ичающийся те.м, что, с це- .ью расширения частотного диапазона анализа в реально.м масштабе вре.мени,-в него введены двоично-прореживающий мультиплексор и двоично-прореживающий распределитель, причем управляющий вход п-го ключа {/; 1-.V) объединен соответственно с входом разрешения записи и-ой секции Л секционного блока памяти и соединен с п-м смходом двоично-прореживающего распределителя (п 1 - .V). вход которого соединен с выходом генератора такто вых импульсов, выход «-ОЙ секции .V секционного блока памяти соединен соответственно с п-ы.м входом двоично-прореживающего мультиплексора, выход которого соединен с входом процессора бЫ рого преобразования Фурье выход данчых которого является выходом устройства, а кг- мандный выход соединен с управляюши входом двоичн:; -прореживающего мульти- плексо|1а.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Цель изобретедуоо ния - расширение частотного диапазона анализа в реальном времени с высокой раз- реп аю1дей способностью по частоте. Устройство содержит блок входных фильтров 1.1...1.N с ключами 2.1...2.N, аналого-цифровой преобразователь 3, блок памяти, включающий секции 4.1...4.N, процессор 6 быстрого преобра зования Фурье, генератор 7 тактовых импульсов и счетчик 9 адресов записи. Введение двоично-прореживающего мультиплексора 5, двоично-прореживающего распределителя 8 и образование новых функциональных связей обеспечивает анализ в реальном времени сигналов в диапзаоне частот от 0,15 Гц до 5 кГц с изменением относительной ширины полосы от 0,3 до 1,, 1 и,1. сл со o оо со 00