Измеритель частот бигармонического сигнала Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

4 00

ч

14

Изобретение относится к ралиотех- нике и предназначено для угзмерения частот бигармонического сигнала.

1 ель изобретения - повытаекне быстродействия „

На чертеже представлена блок-схема иямерителя частот бкгарконическо- го сигнала

Измеритель часто бкгармонйческо- го сигнала содержит линии 1 и 2 задержки , перемножитель 3, линии 4-5 задержки, сумматор 7, перемножитель 8,. блок 9 вычитания, делитель 10, ключ 11, фиксирующую цепь 12, де.гш- тель 13, сумматор 14;, делитель 15, блок Т6 нелинейного преобразования, сумматор 17, перемножитель 18, блок 19 вьтитания, делитель 20, ключ 21

фиксирующз ю цепь 22, блоки 23 и 24 вьшитания, -блок 25 нелинейного преобразования блок 26 вычитания, делитель 275 блок 28 нелинейного преобразования, сумматор 29, перемножитель 30, сумматор 31, перемножитель 32, блок 33 вычитания, перемножитель 34, компаратор 35, блок 36 возведения в квадрат,Линии 1, 2, 4, 5 и 6 заде ржки и сумматор 7 соединены последовательно. Выход линии 2 задержки подключен к первым входам сумматора 31 и перемножителей 3 и 8, Выход линии 1 задержки соединен с первым входом сумматора 7 второй вход которого подключен к выходу линии 6 задержки. Выход сумматора 7 .подключен к второму входу перемножителя 8 я -к первому входу перемножителя 34, второй вход которого подключен к выходу сумматора 17 и первому входу перемно

жителя 18, выход которого подключен к первому входу блока 19 вычитания, второй вход которого соединен с выходом перемножителя 3, второй вход которого соединен с выходом сумматора 31 и первым входом перемножителя 32„ Второй вход перемножктеля 32 подключен к выходу сумматора 29 и первому входу перемножителя 30 второй вход которого соединен с вторым входом перемножителя 18, первым входом сумматора 17, второй .вход которого подключен к выходам линий t к 4 задержки. Выход перемнохштеля 30 сое- , динен с первым входом блока 9 вычи ляющими входами ключей 11 1, 2, 4, 5 и 65перемножит 18, 30, 34 и 32, сумматор 17, блоки 19, 33 и 9 вьми лители 10 и 20 образуют б .пения коэффициентов автор (а, и а), компаратор 35, цепи 12 и 22 и ключи 11 и ют блок ликвидации шумовы напряжений. Блоки 23, 24

40

45

50

тания, блоки 25, 28 и 16 преобразования, сумматор ли 27 , 13 и 15 и блок 36 в квадрат образуют блок ф значений частот входного

Измеритель частот бига го сигнала работает следу

зом.

На вход измерителя под

тания, второй вход которого соединен 55 мрнический сигнал вила:

Гопри t 0;

U(t) lU,cos(w,t 4- q, ) « U,cos(u.,t + ii-j) при t s 0,

5

0

,

с выходом перемножителя 8. Вход ли- i-fflH 6 задержки соединен с вторыми входами сумматоров 29 и 31, первый вход сумматора 29 соединен с входом линии 1 задержки, вход которой является входом измерителя. Выход перемножителя 34 подключен к первому входу блока 33 вычитания, второй вход которого соединен с выходом перемножителя 32. Блок 33 вычитания соединен через последовательно соединенные делитель 20, ключ 21, фиксирующую цепь 22, блоки 23 и 24 вычитания, блок 25 нелинейного преобразования, блок 26 вычитания и делитель 27 с блоком 28 нелинейного преобразования, выход которого является первым выходом измерителя. Блок 9 вьгчитания соединен через последовательно соединенные делитель 10, ключ 11, фик- сируюБО ю цепь 12, делитель 13, сумматор 14 и делитель 15 с блоком 16 нелинейного преобразования, выход ко- торого является вторьгм выходом измерителя. Выход делителя 13 соединен с вторым входом блока 26 вычитания и через блок 36 возведения в квадрат с вторым входом блока 24 вычитания. Выход блока 25 нелинейного преобразования подключен к второму вхо- .ду сумматора 14 Выход блока 19 вычитания подключен к вторым входам делителей 10 и 20 и входу компаратора 35, выход которого соединен с управс

ляющими входами ключей 11 и 21. Линии 1, 2, 4, 5 и 65перемножители 8, 3, 18, 30, 34 и 32, сумматоры 29, 31 и 17, блоки 19, 33 и 9 вьмитания и делители 10 и 20 образуют блок опреде- .пения коэффициентов авторегрессии (а, и а), компаратор 35, фиксирующие цепи 12 и 22 и ключи 11 и 21 образуют блок ликвидации шумовых выбросов напряжений. Блоки 23, 24 и 26 вычи0

0

5

0

тания, блоки 25, 28 и 16 нелинейного преобразования, сумматор 14, делители 27 , 13 и 15 и блок 36 возведения в квадрат образуют блок формирования значений частот входного сигнала.

Измеритель частот бигармонического сигнала работает следующим образом.

На вход измерителя подается бигаргде и,, и2 - амплитуды; , jOj - частоты; fiiM - начальные фазы гармонических составляющих сигнала.

Значение этого сигнала в момент времени t 4Т, где t - время за- i держки сигнала в каждой из линий за- лержки, может быть представлено в виде линейной комбинации задержанных значений сигнала:

U(t) -a,U(t -1) - a,,U(t - 2б) - (t - З-г:) - U(t - 4t),

где коэффициенты авторегрессии а, -2(cos (j, + coscOj-c),

а 4cos со, б .cos w. t + 2,

Таким образом, частоты бигармонического сигнала---,

а, /а,.-г

1 -() W,, - arccos ,

Коэффициенты а, и а,. в линейной комбинации задержанных значений сигнала находятся решением систем из двух линейных зфавнений

U(t - Г) -a,u(t - 2Z) ч- U(t - - 4Т) - U(t - 5t);

U(t) -а, U(t - t) + U(t - ЗС)- U(t - 4) при t : . Эти коэффициенты равны:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частот бигармоническо- го сигнала. Цель изобретения - повышение быстродействия. На выходах линий 1, 2, 4, 5, 6 задержки,формируются составляющие линейной комбинации задержанных значений входного сигнала. С помощью перемножителей 3, 8, 18, 30, 32, 34, сумматоров 17, 29, 31, блоков 9, 19, 33 вычитания на выходах делителей 10 и 20 формируются напряжения, численно равные значениям коэффициен т ов авторегрессии а, и а2. Фиксирующие цепи 12 и 22, ключи 11 и 21 и компаратор 35 осуществляют подавление шумовых выбросов напряжений. Преобразования коэффициентов а , и а, осуществляемые в блоках 23, 24, 26 вычитания, блоках 16, 25, 28 нелинейного преобразования, сумматоре 14, делителях 13, 15, 27 и блоке 36 возведения в квадрат, позволяют сформировать значения частот входного сигнала за время, меньшее Г/лсо, где fiw - разность частот бигармонического нала. 1 ил. (Л

а,

u(t - 3)ru(t) 4- u(t - 4) - u(t - 20 CuCt - Г) + u(t - 5t)l

u(t - ) u(t - 2tr) + u(t - 4t) - u(t - зг) Cu(t -t) + u(t - 3c)

U(t-n + U(t-3t)(t-t:)+U(t-5f)l-Cu(t-2n+U(t-4) u(t)+U(t-4t)l U(t-2ir) LU(t - 2t) + U(t - 4t-)- U(t - 3tr) U(t ) + U(t - 3t)

1

В момент времени t s 4 c напряжения на выходах линий 1, 2, 4, 5 и 6 задержки соответственно равны U(t-cr) U(t - 2П, U(t - З-о), U(t - 4г), U(t - ЗсГ) . в момент времени t напряжение на выходе перемножителя 3

U,(t) U(t - 2t) U(t - -t- U(t - 4tr),

напряжение на выходе перемножителя 18

U(t) U(t - Зг) Cu(t - t) + -f U(t - 3t) ;

напря7сение на выходе блока 19 вычитания

U,(t) U,(t) - U,;,(t),

напряжение на выходе перемножителя 34

ujt) u(t - Г) - u(t - 5-гг)

U(t - t) -н U(t - 3t) ;

напряжение на выходе перемножителя 32

U(t) + U(t - 4t) U(t - U(t - 4t) -,

на выходе блока 33 вычи

Ug(t) ) - UjCt),

напряжение на выходе блока 9 вычи- 40 тания

) U(t - 3t) U(t) -t- 45 + U(t - 4t:) - U(t - ) u(t /

-f) -b U(t - 5€) .

При этом напряжения на выходах делителей 10 и 20 равны соответст- венно

UgCt) U(t)/U,(t),

U,(t) Ug(t)/U,(t).

55

Таким образом, при воздействии на вход измерителя бигарионическим сигналом эти напряжения в моменты времени t 5; З о равны значениям коэффициентов линейной комбинации задержанных значений сигнала;

Ug(t) а U,(t)

, при t 5 Sf,

Hj при t 5: 5сГ.

На вход измерителя вместе с сиг- налом U(t), частоту которого необходимо измерить, всегда поступают шумы. Эти шумы, пройдя соответст- вукжще цепи, поступают на первые и вторые входи делителей 10 и 20. В некоторые моменты времени напряжения U(t), Ug(t), поступающие на входы делителей 10 и 20, определяются шумами и на выходах делителей 10 и 20 могут сформироваться выбросы напряжения, поскольку возможны случаи, когда величина шумового напряжения U(t) (знаменатель) значительно меньше величины, шумовых напряжений Ug(t) U(t) (числители). Для исключения таких выбросов в схему измерителя между делителем 20 и блоком 23 вычитания введены последовательно соединенные ключ 21 и фиксирукяцая цепь 22, между делителем 10 и делителем 13 - последовательно соединенные ключ 11 и фиксирующая цепь 12. Уп- равлякшще входы ключей 11 и 21 через компаратор 35 подключены к выходу блока 19 вычитания.

Эта часть схемы работает следующим образом.

В моменты времени, когда шумовое напряжение U3(t) значительно меньше величин, шумовых напряжений U6(t), U(t), Срабатывает компаратор 35 и формирует на своем выходе прямо- угольньй импульс, который размыкает ключи 11 и 21. Выбросы напряжения на выходах делителей 10 и 20 не проходят к входам делителя 13 и блока 23 вычитания. Фиксирующие цепи 12 и 22 запоминают напряжения на выходах ключей 11 и 21 в момент их раз мыкания и сохраняют зту величину до момента следующего замыкания ключей 11 и 21. Таким образом, на вход блока 23 вычитания поступает напряжение

U(t)

2«

а на вход делителя 13

Ug(t) а без шумовых выбросов.

1А3779А6

Блок 23 вьмитания реализует операцию

U,(t) 2

путем вычитания опорного напряжения, а напряжение на выходе делителя

10 и,, (t) .

Блок 36 возведения в квадрат формирует напряжение

15 , U,a(t uj, t) (а,/2) , блок 24 вычитания - напряжение

и,я (t) и .(t) - U,.(t)

() - (а - 2).

Напряжение на выходе блока 25 нелинейного преобразования

UH (t) -1и„ (t)

-(ау/2) - ( 2) ;

напряжение на выходе блока 26 вычитания

U,5-(t) -и, (t) + и,4 (t)

35

-() -ь(а,/2) - (а - 2) ; напряжение на выходе су 1матора 14

U,6(t) -(и „ (t) + U,4(t))

-(а,/2) -(a,/2f - (а - 2) .

Делители 15 и 27 реализуют операции

U,(t) U,6(t)/2, U,g (t) U,y(t)/2,

блок 16 нелинейного преобразования и,, (t) - arccos U, (t),

блок 28 нелинейного преобразования 10 - arccos и ie(t).

Таким образом, напряжение на первом выходе измерителя

- -A|(a,/2/-(a,-2)

оказывается равным частоте входного сигнала U, , а напряжение на втором выходе измерителя

оказьтается равным частоте входного сигнала СО при t i 5С. Время измерения частот со, , оа бигармоничес- кого сигнала составляет З о. При выirборе времени задержки

Т

5 лоз

где ЛМ Ui , время измерения частот бигармонического сигнала может быть меньше величины 1Г/ йСЛ. Кроме того результаты измерения не зависят от соотношения амплитуд гармонических составляющих и,/и,. Так как в обычных анализаторах спектра время, необходимое для измерения

частот бигармонического сигнала, сотавляет t,« 2Vuco. Измеритель частот бигармонического сигнала обладает повышенным быстродействием.

Формула

и 3

обретения

Измеритель частот бигармонического сигнала, содержащий последовательно соединенные первую линию задержки, вход которой является входом измерителя, вторую линию задержки и пер- вьй перемножитель, второй перемножитель, первый сумматор, первый делитель, выход которого соединен с первым входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу компаратора, а выход соединен с входом фиксирующей цепи, первый и второй блоки нелинейного преобразования отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные третья, четвертая и пятая линии задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с входом второй линии задержки, третий перемножитель, первый вход которого соединен с выходом второй линии задержки, последовательно соединенные чет

377948

вертый перемножитель, первьсй блок вычитания, второй делитель, второй ключ, вторая фиксирутчщая цепь, второй блок вычитания, третий блок вы- читания, третий блок нелинейного преобразования, четвертый блок вычитания и третий делитель, выход которого соединен с входом первого блока 10 нелинейного преобразования, выход которого является первым выходом измерителя, последовате льно соединенные четвертый делитель, вход которого соединен с выходом первой фикси- 15 рующей цепи, третий сумматор и пятый делитель, выход которого подключен к входу второго блока нелинейного преобразования, выход которого является вторым выходом измерителя, 20 выход четвертого делителя, соединен с вторым входом четвертого блока вычитания и через блок возведения в квад- рат - с вторым входом третьего блока вычитания, выход третьего блока нели- 25 нейного преобразования подключен к второму входу третьего сумматора, выход компаратора соединен с управляющим входом второго ключа, вход компаратора соединен с вторью-ш вхо

го уя, межт30 дами первого и второго делителей и выходом четвертого блока вычитания, первый вход которого подключен к выходу второго перемножителя, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, первый вход которого соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход которого, соединен с выходом третьей линии задержки, с вторым входом второго перемно- 40 жителя и первым входом пятого пере- мнохсителя, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора и первым, входом шестого перемножителя, выход.шестого перемножителя соединен с вторым входом первого блока вычитания, второй вход пятого сумматора соединен с выходом четвертой линии задержки и первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второй линии задержки, выход первого сумматора соединен с вторым входом первого перемножителя и вторым йходом шестого перемножителя, вход третьего перемножителя сц соединен с выходом второго суммато- ра и первым входом четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй вход второго сумматора под45

50

9143779410

ключей к выходу пятой линии задержки,которого подключен к выходу третьего

выход первого перемножителя подклю-перемножителя, выход пятого блока

чей к первому входу четвертого бло-вычитания подключен к второму входу

ка вычитания, выход пятого перемно-первого делителя, первый вход пятого

жителя подключен к первому входу пя-сумматора соединен с входом первой

того блока вычитания, второй входлинии задержки.