Цифровой панорамный измеритель частоты Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 G01R23/16 

(Л

U

4

DO

СП

.( м

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения сигналов с протяженным амплитудным спектром.

Цель изобретения - повышение точности измерения центральной частоты спектра радиосигнала, имеющего протяженный амплитудный спектр.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 - эпюра процесса образования ошибки измерения в известном устройстве при анализе сигнала с узким амплитудным спектром; на фиг.З - эпюра процесса образования ошибки измерения в известном устройстве при анализе сигнала с протяженным амплитудным спектром; на фиг.4 и 5 - эпюры модулей дискретных зна- чений Х ,Xg действительной и мнимой составляющих комплексного спектра сигнала S(t) на выходе цифрового анализатора 2 комплексного спектра; на фиг.6 - эпюра сигнала на выходе сумматора 4; на фиг.7 - эпюра сигнала на выходе блока 7 текущей грубой оценки частоты; на фиг. 8 и 9 - эпюры действительной Х(со) и X (оо) мнимой составляющих комплексного спектра сигнала S(t) на выходах интерполяторов 6 и 8 соответственно; на фиг.1 О и 11 - эпюры сигналов ) и Мд(-5) на выходах блоков 9 и 1 О скользящего интегрирования соответственно; на фиг. 1.2 - эпюры сигналов Mg()), Mg(), образующихся на выходах квадраторов 11 и 13 соответственно (а,б) и эпюра сигнала М(-5) на выходе сумматора 12 (в).

Измеритель (фиг.1) содержит ключевую схему 1 , соединеннзпо с цифровым анализатором 2 комплексного спектра, к выходам которого подключены входы квадраторов 3 и 5 и первые входы интерполяторов 6 и 8. Выходы квадраторов 3 и 5 соединены с входами сумматора 4, выход которого соединен с входом блока 7 текущей грубой оценки частоты . Вькод блока 7 текущей грубо оценки частоты подключен к вторым входам интерполяторов 6 и 8 и к вторым входам блоков 9 и 10 скользящего интегрирования, а также к второму входу экстрематора 14. Первые входы блоков скользящего интегрирования 9 и 10 соединены с выходами интерполятров 6 и 8 соответственно. Выходы блоков скользящего интегрирования 9 и

10подключены к входам квадраторов

11и 13 соответственно. Выходы квадраторов I 1 и 13 соединены с входами сумматора 12. Выход сумматора 12 соединен с первым входом цифрового экстрематора 14. Выходы генератора 15 синхроимпульсов подключены щн- ну (1) к управляющим входам ключевой схемы I и цифрового анализатора 2 комплексного спектра, через шину (2) к управляемым входам блоков скользящего интегрирования 9, 10 и через шину (3) к управляемому входу экстрематора 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На вход (1) ключа поступает аддитивная смесь X(t) S(t)+ n(t) радиосигнала S(t) с амплитудным спектром, постоянным в полосе частот Q/2, и широкополрсной помехи n(t) с полосой частот,существенно превышающей полосу частот радиосигнала Здесь -3 - истинное значение измеря ё мой центральной частоты спектра радиосигнала. Неизвестная центральная частота спектра - радиосигнала принимает значения из диапазона рд,„„ , Ключ 1 открывается импульсом в момент t, который определяет начало измерения и вырабатывается генератором 15 синхроимпульсов. Одновременно этот сигнал поступает на цифровой анализатор 2 комплексного спектра. Длительность Т управляющего импульса выбирается равной максимально возможной длительности измеряемого сигнала В результате преобразования входного сигнала в низкочастотных фильтрах цифрового анализатора комплексного спектра вьзделяются низкочастотные составляющие в диапазоне 0 т SI (макс- мокс- /иин ) спектра колебания. Далее эти составляющие диск- ретизируются по времени с шагом ut и преобразуются в цифровую форму. По N r | jT/2 ir отсчетам сигнала анализатор 2 спектра формирует на выходах двух каналов 2N отсчетов действительной Х (о) и мнимой X 5 (со) частей Фурье-спектра в диапазоне тймакс с шагом йОЭ Т/Т. На фиг.4 и фиг.З изображен примерный вид модулей 1Хр(и)| и IXg (со) соответственно. Для удоб-. ства пояснения работы устройства, на фиг.11 и 12 помеха не изображена. Квадраторы 3 и 5 формируют квад.раты модулей отсчетов действительной ) и мнимой Хд(о)р часГей Фурье-спектра. Далее в сумматоре 4 образуется сумма квадратов модулей отсчетов Фурье-спектра ) Х(. (ц)- -Х5 (со), являющихся отсчетами спектра мощности входного сигнала X(t) (фиг.6). Блок 7 текущей грубой оценки частоты по последовательно поступающим отсчетам спектра мощности радиосигнала вырабатывает текущую грубую оценку частоты v . Оценка формируется путем перебора отсчетов спектра мощности и нахождения максимального из них

1Х (j))/ и уточня5(maxlx,(jco)|

ется по мере поступления отсчетов спектра. На фиг.7 изображен максимальный отсчет спектра мощности сигнал, положение которого является текущей грубой оценкой частоты. Блок 7 текущей грубой оценки частоты может быть выполнен в виде цифрового устройства, содержащего четыре ячей ки памяти и схему сравнения. В первую ячейку памяти записывается число, характеризующее амплитуду пepвo го сравниваемого отсчета, во вторую- его номер, в третью ячейку памяти за- письшается число, характеризующее амплитуду второго сравниваемого отсчета, в четвертую - его номер. После сравнения амплитуд в первую ячейку заносится число, характеризующее наибольшую амплитуду, а во вторую - номер этого отсчета. По мере перебег ра и сравнения отсчетов спектра мощности в первой ячейке будет фор- миров.аться число, характеризующее максимальную амплитуду, а во второй ячейке памяти - номер максимального отсчета 3 . Таким образом, формируется текущая грубая оценка частоты , определяемая как номер дискреты спектра с максимальной амплитудой.

Интерполяторы 6 и 8, используя измеряемое в блоке 7 текущей гру- бой оценки частоты значение 4 , а также информацию, содержащуюся в амплитудах отсчетов действительной Xj. (JQ) и мнимой Xg(JQ) частей дискретного Фурье-спектра, воспроизводят в полосе частот -$ -й, + ИJ форму этих функций (фиг.8 для Xj(ci) и фиг,9 для Хд(со)) для входной смеси радиосигнала и широкополосной помехи n(t). Таким образом, интерполяторы

j

413547

6 и 8 восстанавливают форму действительной Х(и) (фиг.8) и МНИМОЙ ) (фиг.9) частей Фурье-спектра в полосе частот -fZ , 5 -ь Sl так как при дискретизации Фурье спектра с шагом йСЭ WT возможно точное вое- становление спектра в интервале между вычисленными спектральными отсчетами с помощью ряда Котельникова.

Шаг дискретизации 5оэ интерполированных спектральных составляющих на выходе интёрполято1 1а при этом существенно меньше, чем в цифровом комплексном анализаторе спектра 2, т.е. S U лоЗ.

10

15

0

5

Восстановленные действительная и мнимая части Фурье-спектра обрабатываются далее в блоках 9 и 10 скользящего интегрирования,поступая на их первые-входы. Блоки 9 и 10 скользящего интегрирования формируют

tn/2

сигналы Mj(-) Jl.(u)d(o и

+fj/7

X(co)dto (фиг. 10) для

-Ь/

0

5

0

Х.() 5 -h/7 значений 5 в полосе частот

- П/2, N ч- -2-J Эти блоки реализуют в цифровой форме линейные фильтры, согласованные с прямоугольным импульсом, являющимся функцией частоты, протяженность которого в частотной области равна ширине спектра полезного сигнала. Блок скользящего интегрирования - это линейный фильтр с прямоугольной переходной функцией, рассматриваемой как функция текущей частоты. В дискретной форме блок скользящего интегрирования выполняет операции

l4t14-ItМ

и,(juo)

S

и,

cJ

9

S j«i-l(.

где Uc (j S со ) - цифровой сигнал на выходе интерполятора, соответствующий Xj.(co) или Х5((о) (фиг.8 и 9); значение i изменяется в пределах (-} - S2/2)/i Q до

А 51 i, ip

( + -r-J/UQ; значение k определя0

ется шириной -полосы S1 , т.е. k

. Шаг дискретизации Q задается, интерполяторами 6 и 8 как 5 минимально возможный при используемой элементной базе ( ЛО ). Пределы изменения значения 1Тьмг1м Wwc в блоках 9 и 10 скользящего интегрирования корректируются информационным сигналом с блока 7 текущей грубой «Ьценки частоты.

Цифровые сигналы М()(М (i)) и MgC ) (M(i)) , сформированные в блоках скользящего интегрирования, поступают на входы квадраторов 11 и 13 соответственно. Квадраторы Пи

13формируют сигналы МрО) (фиг. 12а) и ) (фиг.126), которые затем поступают на входы сумматора 12. Сумматор 12 формирует сигнал М() Mj() + М(0) (фиг.12в), который поступает на вход экстрема- тора 14. Экстрематор 14 путем перебора поступающих чисел (характеризующих амплитуды M(i) отсчетов спект ра) определяет положение -(-абсолютного максимума М(-О), которое и является оценкой неизвестной несущей частоты радиосигнала. В момент времени, соответствующий окончанию измерения, на выходе зкстрематора указьюается измеряемая частота (номер отсчета) спектра радиосигнала с наибольшей точностью ( „). Управление потактным формированием наибольшего отсчета и его номера осуществляет генератор 15 синхроимпуль- сов по шине (3). Информация о значении грубой оценки частоты N подается с выхода блока 7 на блоки 9, 10 и

14для того, чтобы ограничить интервал интегрирования Xj,(о), Xgtco)

и поиска экстремума сигнала М( 5). В результате сокращается время, необ ходимое для получения оценки ,YI неизвестной частоты -Ор радиосигнала.

При измерении несущей частоты радиосигнала, имеющего протяженный плотский з часток верщины амплитудного спектра, точность оценки частоты известным устройством значительно падает.

Предлагаемое устройство в этих условиях обеспечивает предельно достижимую точность оценки (оценку симального правдоподобия) несущей частоты радиосигнала и обеспечивает

более точную оценку по сравнению с известным.

г Формула изобретения

Цифровой панорамный измеритель частоты по авт.св. № 569961, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения центральной частоты спектра радиосигналов с протяженным амплитудным спектром, в него введены входной ключ, последовательно соединенные первый дополнительный квадратор и первый дополнительный сумматор, последовательно соединенные дополнительный интерполятор, первый блок скользящего интегрирования, второй дополнительный квадратор, второй дополнительньй сумматор и экстрема- тор, последовательно соединенные второй блок скользящего интегрирования и третий дополнительный квадратор, а также генератор синхроимпульсов, выходы которого соединены с вторым входом экстрематора, с вторыми входами блоков скользящего интегрирования, с управляющим входом цифрового анализатора комплексного спектра и через входной ключ с сигнальным входом цифрового анализатора комплексного спектра, первый вход которого соединен с входом первого дополнительного квадратора и первым входом дополнительного интерполятора, выход первого дополнительного сумматора соединен с входом блока грубой оценки частоты, вторые входы интерполяторов соединены с третьими входами блоков скользящего интегрирования, с выходом блока грубой оценки частоты.и с третьим входом экстрематора, выход квадратора соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора, первый вход второго блока скользя

щего интегрирования подключен к выходу интерполятора, а второй вход второ го дополнительного сумматора соединен с выходом -третьего дополнительного квадратора.

/ v .

х

/

А

Ч

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения сигналов с протяженным амплитудным спектром. Цифровой панорамный измеритель частоты ЦПИЧ содержит входной ключ 1, квадраторы 3, 5, 11, 13, сумматоры 4, 12, интерполяторы 6, 8, блоки 9, 10 скользящего интегрирования, экстрематор 14, генератор 15 синхроимпульсов, блок 7 текущей грубой оценки частоты, цифровой анализатор 2 комплексного спектра. ЦПИЧ имеет повьппенную точность измерения центральной части спектра радиосигнала. 12 ил. i

sk

/fMJ

Xs{(i)}

liB.S

1

аUp

А.

п-Я. + Q

д

i П

)д - i 0 0+ аг. 12

т

л Ж

V