Анализатор спектра Советский патент 1988 года по МПК G06F17/00 G01R23/16 

00

О5

сд

о со и

1

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназначе- но для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задаче вьщеления полезного сигнала на фоне помех, в спектральном анализе и т.д.

Цель изобретения - повьшение точности анализа (за счет обеспечения в устройстве сглаживающих свойств при вычислении спектральных коэффициентов) .

Сущность изобретения в исключении аддитивных помех на оценку спек- тра за счет использования величины восстановленного сигнала х (t; ) в качестве вычитаемого при формировании разности

(t,,, )-x (t;).

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора спектра; на фиг.2 - схема накапливающего сумматора.

Цифровой анализатор спектра содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, сумматор 2, умножители 3 и 4,(цифровой) генератор 5 гармонических функций, накапливающие сумма- торы 6 и 7, умножители 8 и 9, сумматор 10, накапливающий сумматор 11, блок 12 регистров, распределитель 13 импульсов и генератор 14 тактовых импульсов.

Накапливающие сумматоры 6, 7 и 11 (фиг. 2) содержат регистр 15, сумматор 16, регистры 17 и 18, узел 19 памяти.

Устройство работает следующим образом.

Анализатор спектра реализует следующий алгоритм скользящего спектрального анализа:

F(m)F., (m)+ x(q)-x (q-N)

.Wmi

(1)

(n.)

N x(q) N)

спектр гармоники, вычисленный для q-ro отсчета входного сигнала; длина спектрального окна; ,1,...

q-й отсчет входного сигнала;

. - восстановленное Г(Р).е значение сигнала x(q-N) по р отсчетам спектра;

- максимальный номер анализируемой гармоники сигнала x(t).

Генератор 14 тактовых импульсов и распределитель 13 импульсов управляют работой блоков анализатора таким образом, что смена информации в АЦП 1 и сумматоре 2 производится в р раз реже, чем в остальных блоках анали5

0

5

о

5

0

5

0

5

затора. Разрядность блока 12 регистров соответствует разрядности ДТЩ 1, а число ячеек памяти равно N. Разрядность генератора 5 гармонических функций равна разрядности АЦП 1.

С приходом каждого запускающего импульса от распределителя 13 производится аналого-цифровое преобразование входного сигнала x(t) АЦП 1. Одновременно генератор 5 вьфабатывает последовательность цифровых отсчетов косинусоиды (на первом выходе) и синусоиды (на втором выходе): соответственно cos(2 irqm/N)H sin(27qm/N) с q-M номером отсчета (,1, ..., N-1) и с т-м номером гармоники (,1,2, ...,р). Преобразованное в код значение входного сигнала x(t) поступает на суммирующий вход сумматора 2. На вычитающий вход сумматора 2 поступает значение кода, хранящегося в первой ячейке блока 12 регистров. В начальном состоянии во всех ячейках блока 12 регистров записаны нулевые коды. Результат вычитания с выхода сумматора 2 подается на первые входы умножителей 3 и 4. На второй вход умножителя 3 поступает последовательность значений косинуса с выхода генератора 5. На второй вход второго умножителя 4 поступает последовательность значений .синуса с выхода генератора 5.

Результат перемножения выходного кода сумматора 2 с каждым отсчетом косинусоидальной последовательности накапливается в соответствующей ячейг ке накапливающего сумматора 6. Результатом, накапливающимся в сумматоре 6, является действительная составляющая спектра входного сигнала ReF. В ячейках памяти накапливающего сумматора 7 производится накопление мнимых составляющих спектра входного сигнала ImF. Количество ячеек узлов 19 памяти накапливающих сумматоров 6 и 7 соответствует количеству анализируемых спектральных компонент входного сигнала и равно р. За время до следующего запускающего импульса от распределителя 13 в накапливающих сумматорах 6 и 7 записываются значения спектральных компонент текущего значения сигнала x(t) ReF и ImF для всех гармоник от О до р включительно. С выхода накапливающего сумматора 6 действительные спектральные компоненты подаются Hd вход умножителя 8, на другой вход которого поступает последовательность отсчетов косинусов с выхода генератора 5. Мнимые спектральные отсчеты с выхода накапливающего сумматора 7 подаются на вход четвертого перемножителя 9, на другой вход которого поступают последовательность отсчетов синуса с выхода генератора 5.

Результаты перемножений с выходов умножителей 8 и 9 подаются на суммирующий и вычитающий входы сумматора 10. В накапливающем сумматоре 11 производится накопление восстанавливаемого сигнала

x (q) IlCReFd) cosC-)е-о

-ImF(l).sin(

2TTlq

))

по результатам оценивания сигнала x(t) за предьздущий цикл. В узле 19 памяти накапливающего сумматора 11 достаточно наличия одной ячейки памяти. Восстановленное значение сигнала X (t) с выхода накапливающего сумматора 11 подается на вход блока 1 регистров и записьшается в соответствующую ячейку памяти. Первое восстановленное значение сигнала x (t,) записывается в первую ячейку памяти, второе восстановленное значение х (t) записывается во вторую ячейку памяти и т.д. На выходе блока 12 регистров восстановленный сигнал x (t,) появляется только по проществии N циклов преобразования АЦП 1 и работы соответствующих узлов оценки спектра. Таким образом, восстановленное значение х (t,) на выходе блока 12 регистров поступает на вычитающий вход сумматора 2 в момент времени t,, т.е. по прошествии временного окна наблюдения, равного N отсчетам входного сигнала x(t). Следовательно, формирование спектральных компонент сигнала x (t;), начиная с момента времени N+1, производится в результате получения разности x()- x (t;) в сумматоре 2 и использовании этой разности для рекуррентного уточнения спектральных коэффициентов ReF и ImF в соответствии с выражением (1).

Таким образом, в устройстве осуществляется режим скользящего спектрального оценивания входного сигналаx(t).

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий первый сумматор, два умножителя, два накапливающих сумматора, блок регистров, генератор гармонических функций, генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого подключен к первым входам первого и второго умножителей, выходы которых подключены к информационным входам соответственно первого и второго накапливающих сумматоров, выходы которых являются выходами соответственно реальной и мнимой частей спектра устройства, информационным входом которого является вход аналого-цифрового преобразователя, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу распределителя импульсов, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго накапливающих сумматоров, блока регистров, аналого-цифрового преобразователя и генератора гармонических функций, выходы косинусной и синусной составляющих которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго умножиттелей, а выход блока регистров подключен к второму входу первого сумматора, отличающийся

тем,

что, с целью повьшения точности, в него введены третий и четвертый умножители, второй сумматор и третий накапливающий сумматор, причем выход распределителя импульсов подключен к тактовому входу третьего накапливающего сумматора, выход которого подключен к информационному входу блока регистров, выходы косинусной и синусной составляющих генератора гармонических функций подключены к первым входам соответственно

третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего накапливающего сумматора, а вы- ,ходы первого и второго накапливающих сумматоров подключены к вторым входам соответственно третьего и четвертого умножителей.

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназначено для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано в задаче выделения полезного сигнала на фоне помех, в спектральном анализе и т.д. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят аналого-цифровой преобразователь 1, сумматор 2, умножители 3, 4, генератор гармонических функций 5, накапливающие сумматоры 6, 7, умножители 8, 9, сумматор 10, накапливающий сумматор 11, блок регистров 12, распределитель импульсов 13, генератор тактовых импульсов 14 и соответствующие связи между узлами устройства. 2 ил.

.2