Устройство для вычисления спектра сигналов Советский патент 1987 года по МПК G06F17/14 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам спектрального анализа сигналов, представленных в цифровой форме

Целью изобретения является повышение точности путем устранения амплитудно-частотных искажений в спектре сигналов.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для вычисления спектра сигналов содержит фильтры 1 промежуточной частоты, коммутатор 2, два канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектора 3, фильтра 4 нижних частот аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 5, блок 6 дискретного преобразования Фурье (БПФ), генератор 7 шу- нового сигнала, переключатели 8-9, ключи 10-11, умножитель 12, сумматор 13, блок 14 памяти, счетчик 15 адре са,блок 16 постоянной памяти, информационные входы 17, информационные выходы 18, вход 19 задания режима,- первый 20 и второй 21 тактовые входы

Устройство работает следующим, образом.

Амплитудно-частотные искажения в спектре сигналов, возникающие из- за различия АЧХ фильтров 1 промежуточной частбты, подвергаются коррекции. Причем исполнительные элементы схемы коррекции входят в ту ее часть которая содержит ключ П, умножитель 12, блок 14 памяти, счетчик 15 адреса и блок 16 постоянной памяти. Дпя проведения коррекции амплитудно- частотных искажений в спектре сигна- лов необходимо иметь информацию о виде и форме АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты. Такую информацию можно получить при вычислении, спектра шумового сигнала, который формирует- ся генератором 7 шумового сигнала и подается на первые входы переключателей 8. Периодически основной режим работы устройства вычисления спектра сигналов превышается и входы фильтров 1 промежуточной частоты с помощью переключателей 8 отключаются от входов 17 устройства и подключаются к выходу генератора 7 шумового сигнала Шумовой сигнал, прошедший через фильтры 1 промежуточной частоты, поочередно с выхода каждого фильтра I промежуточной частоты с помощью коммутатора 2 подается на входы фазовых

5 0 5

О 0

5

0

5

детекторов 3. После преобразования в фазовых детекторах 3, фильтрах 4 нижних частот и АЦП 5 шумовой сигнал, дискретизированный по времени, квантованный по уровню и представленный в двоичном коде, подается на входы БПФ 6, который производит вычисление дискретного преобразования Фурье по алгоритму БПФ. Таким образом, на выходе БПФ 6.будут получены три последовательности спектральных отсчетов шумового сигнала, которые являются мгновенными спектрами шумового сигнала, прошедшего через три фильтра 1 промежуточной частоты.

С помощью переключателя 9 с выхода БПФ 6 последовательности спектральных отсчетов шумового сигнала подаются на первый вход сумматора 13, на второй вход которого с выхода разомкнутого ключа 10 подаются нулевые отсчеты, которые не меняют значений спектральных отсчетов шумового сигнала. Полученная сумма снимается со старших разрядов, что эквивалентно уменьшению результата в два раза. Этим достигается усреднение двух чисел и. устраняется возможное переполнение разрядной сетки при сложении двух чисел. С выхода сумматора 13 уменьшенные в два раза спектральные

.отсчеты шумового сигнала поочередно .записываются в ячейки памяти блока 14 памяти с адресами, которые выра- батьгеаются счетчиком 15 адреса. На этом заканчивается один цикл вычисления и записи мгновенных спектров шумового сигнала.

Для определения: АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты необходимо провести многократное вычисление мгновенных спектров шумового сигнала и их усреднение, поэтому описанный режим работы устройства вычисления спектра сигналов периодически повторяется с тем отличием, что при повторных вычислениях мгновенных спектров шумового сигнала замыкается ключ 10 и амплитудные значения вновь вычисленных мгновенных спектров шумового сигнала суммируются в сумматоре 13 с амплитудными значениями мгновенных спектров шумового сигнала, записанных в блоке 14 памяти, т.е. производится чередование режима считывания из блрка 14 памяти спектральных отсчетов шумового сигнала, которые

- были записаны в него в предыдущем

цикле вычисления мгновенных спектров шумового сигнала, и режима записи в блок 14 памяти вновь вычислеИных усредненных амплитудных значений спектральных отсчетов шумового сигнала.

Таким образом, после проведения многократного вычисления мгновенных спектров шумового сигнала в блоке 14 памяти записаны усредненные амплитудные значения отсчетов АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты.

В основном режиме работы устройства входы фильтров 1 промежуточной частоты с помощью переключателей 8 отключаются от генератора 7 шумового сигнала и подключаются соответственно к входам 17 устройства. Входные сигналы, прошедшие через фильтры 1 промежуточной частоты, поочередно с выхода каждого фильтра 1 промежуточной частоты с помощью коммутатора 2 подаются на входы фазовых детекторов 3. После преобразования в фазовых детекторах 3, фильтрах 4 нижних частот и АЦП 5 обрабатываемые сигналы подаются на БПФ 6 Для вычисления их спектров. Амплитудные значения спектральных отсчетов входных сигналов с помощью переключателя 9 подаются на первый вход умножителя 12 для-умножения иа корректирующие множители, которые представляют собой обратные величины 1/К от усредненных амплитудных значений отсчетов К АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты. Диапазон изменения корректирующих множите- |лей и, следовательно, диапазон проводимой коррекции амплитуд спектральных отсчетов входных сигналов определяется разрядностью усредненных амп литудных значений отсчетов АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты, которая выбирается равной восьми разрядам. При этом устраняются возможные переполнения разрядной сетки после проведения умножения в умножителе 12 амплитудных значений спектральных отсчетов входных сигналов на корректирующие множители. Поэтому из шестнадцати разрядов усредненных амплитудных значений отсчетов АЧХ фильтров I промежуточной частоты используются только восемь старших разрядов. Последовательности спектральных отсчетов, снимаемых с выхода БПФ 6, соответствует доследовательность корректирующих множителей, значения которых получают благодаря поочередному считы0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ванию из блока 14 памяти, при этом ключ 10 разомкнут и информация с выхода блока 14 памяти через замкнутый ключ 11 поступает на вход блока 16 постоянной памяти и преобразуется в нем в последовательность корректирующих множителей, которые поочередно поступают на второй вход умножителя 12.

Таким образом, на выходе умножителя I2 получают последовательности спектральных отсчетов входных сигналов, которые скорректированы в соответствии с видом и формой АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты. Скорректированные спектры сигналов поступают на выход 18 устройства для дальнейшей обработки.

Формула изобретения Устройство для вычисления спектра сигналов, содержащее три фильтра промежуточной частоты, коммутатор, два фазовых детектора, два фильтра нижних частот, два аналого-цифровых преобразователя и блок дискретного преобразования Фурье, причем выходы первого, второго и третьего фильтров промежуточной частоты подключены со-- ответственно к первому, второму-и третьему информационным входам коммутатора, выход которого подключен к входам первого и второго фазовых детекторов, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых подключены к входам соответственно реальной и мнимой составляющих блока дискретного преобразования Фурье, а управляющий вход коммутатора является первым тактовым входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повьш1е- ния точности, в него введены четьфе переключателя, два ключа, сумматор,, блок памяти, блок постоянной памяти, умножитель, счетчик адреса и генератор шумового-сигнала, выход которого подключен к первым информационным входам первого, второго и третьего переключателей, выходы которых подключены к входам соответственно первого, второго и третьего фильтров промежуточной частоты, выход блока дискретного преобразования Фурье под5 13632А4б

ключей к информационному входу чет-ляется информационным выходом устрой- вертого переключателя, первый и вто-ства, первым, вторым и третьим инфор- рой выходы которого подключены соот-мационными входами которого являются ветственно к первому входу умножите-вторые информационные входы соответ- ля и первому входу сумматора, выходственно первого, второго и третьего которого подключен к информационномупереключателей, управляющие входы входу блока памяти, выход которогокоторых соединены с управляющими вхо- подключен к информационным входамдами четвертого переключателя, перво- первого и второго ключей, выходы го и второго ключей и являются вхо- торых подключены соответственно кдом задания режима устройства, адрес- второму входу сумматора и адресномуный вход блока памяти подключен к входу блока спостоянной памяти, вы-информационному выходу счетчика ад- ход которого подключен к второмуреса, счетный вход которого является входу умножителя, выход которого .5 вторым тактовым входом устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам спектрального анализа сигналов, представленных в цифровой форме. Цель изобретения - повьшение точности путем устранения амплитудно-час- :тотных искажений в спектре сигналов. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят фильтры 1 промежуточной частоты, коммутатор 2, фазовые детекторы 3, фильтры 4 нижних частот, аналого- цифровые преобразователи 5, блок 6 дискретного преобразования Фурье, генератор 7 шумового сигнала, переключатели 8, 9, клмчи 10, 11, умножитель 12, сумматор 13, блок 14 памяти, счетчик 15 адреса, блок 16 постоянной памяти, инфррмационные входы 17, информационный выход 18, вход 19 задания режима, тактовые входы 20, 21. 1 ил. с $ (Л со 05 00 го 4; N