Цифровой измеритель частоты Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиолокации.

Цель изобретения - повьшение бы- стродействия измерителя.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого цифрового измерителя частоты; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу.

Цифровой измеритель частоты содержит смесители 1, генератор 2, фильтры 3 низкой частоты (ФНЧ) , дискре- тизаторы 4, управляемый генератор 5 дискретизации, аналого-цифровые пре-п образователи (АЦЦ) 6, блок 7 вычисления дискретного преобразования Фурье (ДПФ), блок 8 суммирования с запоминанием, квадратор 9, блок 10 перебора отсчетов и нахождения макси- мального значения, запоминающее устройство 11, блок 12 сравнения оценок интерполятор 13, детектор 14, перестраиваемый полосово фильтр 15, фа- зокорректирующий блок 16, блок 17 формирования опорных импульсов и электронные ключи 18.

К вторым входам смесителей 1 подключены соответствующие выходы квадратурного генератора 2, выходы смеси телей 1 соединены с ФНЧ 3, к выходам которых подключены дискретизаторы 4, к вторым входам которых подключены с ответствующие выходы управляемого генератора 5 дискретизации, выходы дискретизаторов 4 соединены с соответствующими входами АЦП 6, выходы которых соединены с блоком ДПФ 7, выход которого соединен с блоком В суммирования с запоминанием, выход кото- рого подключен к входу квадратора 9, первый выход которого через последовательно соединенные блок 10 перебора отсчетов и нахождения максимального значения, запоминающее устройст- во 11 и блок 12 сравнения оценок,подключен К второму входу интерполятора 13, первый вход которого соединен с вторым выходом квадратора 9, к выходу детектора 14 подключен перестраиваемый полосовой фильтр 15, выход которого соединен с фазокорректируюшим блоком 16, выход которого соединен с блоком 17 формирования опорных импульсов, к выходам соторого подсоединены управляемые вч оды электронньгх ключей 18 и управляемого генератора 5 дискретизации, сигналышю входы детектора 14 и электронных ключей 18

объединены, а выходы электронных ключей 18 соединены с соответствующими входами смесителей 1.

Измеритель работает следующим образом.

На вход детектора 14 поступает регулярная последовательность радиоимпульсов (фиг. 2а). После детектора 14 сигнал в виде импульсной последовательности поступает на вход перестраиваемого полосового фильтра (фиг. 2б). Предлагаемый измеритель предназначен для работы по объекту, о котором имеются априорные данные о структуре излучаемой последовательности радиоимпульсов. Вследствие эффекта Допплера априорно известная структура принимаемого сигнала нарушается, изменяется несущая частота радиоимпульсов, а также период следования радиоимпульсов. Причем частота следования изменяется незначительно:

F YL

тп

(1)

о с Q j

0

5

где YU - радиальная скорость объекта; с - скорость света; F - частота следования радиоимпульсов излученной последовательности.

Перед началом измерения полосовой фильтр 15 настраивают на частоту F , причем полоса пропускания фильтра 4f(p больше возможного диапазона изменения частоты ±F .

В процессе измерения на выходе частотного полосового фильтра 15 формируется сигнал (фиг, 2в)5 поступающий на фазокорректи1$ующий блок 16, который исключает фазовые сдвиги сигнала, после чего сигнал проходит в блок 17 формирования опорных импульсов, в котором при переходе сигнала из отрицательного значения в положительное формируется импульс, длительность которого равна длительности принимаемых радиоимпульсов. В результате на выходе блока 17 формирования опорных импульсов формируется периодическая импульсная последовательность (фиг.2г), Которая поступает на управляемый вход электронного ключа 18 и на управляемый генератор 5 дискретизации. В момент прихода импульса электронный, ключ открывается и пропускает на сме ситель 1. соответствующий радиоимпульс (фиг. 2д). После смесителя 1 и ФНЧ 3

сигнал, пониженный по частоте, поступает на дискретизатор 4. Управляемый генератор 5 дискретизации включается в моменты прихода импульсов {фиг,2г) Частота дискретизации выбирается по теореме Котельникова и определяется в данном случае максимальной частото полосы пропускания ФНЧ 3,

Аналогично работает вторая часть схемы, симметричная описанной. После блока 7 вычисления ДПФ составляющие комплексного спектра поступают на блок 8 суммирования с запоминанием, где выполняется операция почлененног сложения коэффициентов ДПФ, формиру- от радиоимпульса к радиоимпульсу..

На участке когерентности входного сигнала сложение дискретных отсчетов комплексного спектра полезного сигнала происходит в фазе, а шумовые составляющие имеют случайный характер и вследствие этого компенсируют друг друга.

Сформированный суммарный спектр поступает на квадратор 9, где вычисляется квадрат составляющих дискретного комплексного спектра и формируются отсчеты энергетического спектра. В блоке 10 перебора отсчетов и нахождения максимального значения определяется грубая оценка частоты F р , которая хранится в запоминающем устройстве 11. После получения нескольких грубых оценок частоты в блоке 12 сравнения оценок вьтолня- ется операция сравнения оценок

ЛРН.Л.,

(2)

t.где , - грубая оценка частоты, по- лученная путем нахождения максимальной составляющей спектра мощности. Если условие (2) выполняется не- ск олько раз подряд, что определяется

заданной достоверностью оценки частоты, то последняя оценка- считается истинной и ее значение пост5тает в ин

терполятор 13, на второй вход которо- гр поступают отсчеты суммарного энергетического спектра. Интерполятор 13 формирует точную оценку, так как при дискретизации лГ возможно точное восстановление спектра в интервале между спектральными отсчетами с помощью ряда Котельникова. Это позволяет определить точное значение координаты максимума энергетического

спектра, т.е. получить оценку частоты, совпадающую в данном случае с оценкой максимального правдоподобия.

.I

Поскольку предлагаемое устройство

анализирует сигнал не на всем периоде повторения радиоимпульсов, а на эффективной длительности радиоимпульсов, то его быстродействие существенно повьпиается.

Формула изобретения

Цифровой измеритель частоты по авт. св. № 1091086, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные детектор, перестраиваемый полосовой фильтр, фазокорректирующий блок и блок формирования опорных импульсов; а также первый и второй ключи, причем вход детектора соединен с первыми входами первого и второго ключей и с входом устройства, первый и второй выходь

блока формирования опорных импульсов подключены соответственно к вторым входам ключей, а третий выход - к дополнительному входу управляемого генератора дискретизации, выходы первого

и второго ключей соединены соответственно с первыми входами первого и второго смесителей.

Изобретение может быть использовано в радиолокации. Цифровой измеритель частоты (ЦИЧ) содержит детектор 14,перестраиваемый полосовой фильтр 15,фазокорректирующий блок (В) 16, Б 17 формирования опорных импульсов, ключи 18, смесители I, генератор 2, фильтры 3 низких частот, дискретиза- торы 4, управляемый генератор 5 дискретизации, аналого-цифровые преобразователи 6, Б 7 вычисления дискретного преобразования Фурье, Б В суммирования с запоминанием, квадратор 9, Б 10 перебора отсчетов и нахождения максимального значения, запоминающее устройство 11, Б 12 сравнения оценок, интерполятор 13. ЦИЧ имеет повышенное быстродействие, 2 ил. (Л со О 1ч

Фиг. 2