Анализатор энергетического спектра Советский патент 1990 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения, в частности, для спектрального анализа многокомпонентных случайных процессов.

Целью изобретения является повышение скорости спектрального анализа при сохранении высокой разрешающей способности по частоте.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Анализатор энергетического спектра содержит М объединенных по входу параллельных каналов измерения 1-1 - 1-М, блок 2 сложения, последовательно соединенные блок 3 синхронизации и регистратор 4, причем канал 1-ш (m™l,M) состоит из полосового фильтр 5, вход которого является входом канала 1-ш, последовательно соединенных квадратичного детектора 6 и ин- тегратора 7, выход которого является выходом канала 1-т, и блока 8 вычитания, нелинейный блок 9 с гиперболической амплитудной характеристикой, блок 10 памяти, блоки 11-1 - 11-М деления, при этом вход и выход полосового фильтра 5 канала 1-т соединены соответственно с первым (неинвертирующим) и вторым (инвертирующим) входами блока 8 вычитания, выхо последнего соединен с входом квадратичного детектора, выход канала 1-т через первый вход и выход блока I1-т деления соединен с т-м входом блока сложения, выход последнего через нелинейный блок 9 соединен с сигнальным входом регистратора 4, второй вход блока 11-т деления подключен к т-му выходу блока 10 памяти, вход запуска которого соединен с выходом блока 3 синхронизации.

Анализатор энергетического спектра работает следующим образом.

При заданном диапазоне анализируемых частот 4F и фиксированном числе каналов измерения М полоса пропускания фильтра 5 в каждом канале 1-м. устанавливается из условия 4f, «F/M, а постоянная времени усреднения интегратора 7 Т, вычисляется по формуле T lOMft-lOM/dF-lOM, где (3F - интервал корреляции анализируемого случайного процесса. При М 101-103 (случай высокой разрешающей способности) постоянная времени усреднения интегратора 7 Тя

5

0

5

0

5

0

5

0

() K намного превышает время корреляции входного процесса, и анализ энергетического спектра происходит с большим запаздыванием ,

Совокупность полосового фильтра 5 и блока 8 вычитания образуют ре- жекторный фильтр. Благодаря применению режекторного фильтра в качестве канального фильтра вместо полосового фильтра расширяется полоса фильтрации измеряемого процесса 4fi F-4f1 4F-4F/M F(l-l-/M) crdF приблизительно (при ) в М раз. При этом постоянная времени усреднения интегратора 7 в каждом канале l-l - l-М выбирается из условия Т2 Ю/df t ЈМО/ /(Mdf1)T1/M и, следовательно, примерно в М раз возрастает скорость спектрального анализа. Причем этот выигрыш достигается без ухудшения разрешающей способности по частоте, которая определяется шириной рёжек- тируемых участков спектра, равной 4f( 4F/M, что соответствует разрешающей способности прототипа. Для сохранения этой разрешающей способности введены нелинейный блок 9, блок 10 памяти и блоки 11-1 - 11-М деления.

Напряжения с выхода каждого канала 1-1 - 1-М, пропорциональные средней мощности откликов канальных фильтров б{ подаются па первые входы соответствующих блоков 11-1 - 11-М деления, на вторые входы которых подаются напряжения с М соответствующих выходов блока 10 памяти.

Напряжения с выходов блоков 11-1 - 11-М деления, пропорциональные взвешенным квадратам амплитудно- частотных характеристик K(f)6z ,..., K(f )&Ј,,... ,KЈ/f)6 Ј,, подаются на соответствующие входы блока 2 сложения. Суммарное напряжение с выхода блока 2 сложения, пропорциональное

м сумме К (f)/6m, подается на не(

лингейный блок 9 с гиперболической амплитудной характеристикой. Напряжение с выхода нелинейного блока 9, определяющее анализируемый энергетический спектр случайного процесса

Aw

G(f)const(l IE К(Ј)/(Ј), ра-эвертыва- In-

ется на экране регистратора 4, частота развертки которого равна частоте запуска блока 10 памяти.

Результатом обращения взвешенной суммы квадратов амплитудно-частотных характеристик режекторных фильтров является анализируемый энергетический спектр. При этом весовые коэффициенты суммируемых частотных характеристик, обратно пропорциональные мощностям (дисперсиям) Ј соответгТТ

ствующнх откликов, несут информацию о форме анализируемого энергетического спектра и определяют вклад каждого канала измерения 1-1 - 1-М в результирующую составляющую энергетического спектра для текущего значения частоты. Вклад каналов измерения с минимальными дисперсиями откликов максимален, так как именно в этих каналах режектируется большая часть энергии измеряемого процесса. После обращения квадратов амплитудно-частотных характеристик этих каналов в сумме с частотными характеристиками других каналов нелинейным блоком 9 соответствующие участки в результирующем спектре подчеркиваются пропорционально их мощности. В случае равенства всех дисперсий (G const) вклад каждого канала оказывается одинаковым, что соответствует равномерному энергетическому спектру измеряемого процесса.

Использование в анализаторе энергетического спектра новых элементов (блока 10 памяти, блоков 11-1 - 1 1-М деления, блоков 8 вычитания, нелинейного блока 9 ) позволяет при сохранении высокой разрешающей способности по частоте, определяемой полосой канальных фильтров г), равной uf ,, повысить примерно в М раз скорость

0

5

0

5

0

5

0

спектрального анализа энергетического спектра входного процесса.

Формула изобретения

Анализатор энергетического спектра, содержащий М объединенных по входу параллельных каналов измерения, блок сложения и последовательно соединенные блок синхронизации и регистратор, причем каждый канал измерения выполнен в виде полосового фильтра, вход которого соединен с входом канала, и последовательно соединенных квадратичного детектора и интегратора, выход которого соединен с выходом канала, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости спектрального анализа при сохранении высокой разрешающей способности по частоте, в него введены блок памяти, М блоков деления, М блоков вычитания и нелинейный блок с гиперболической амплитудной характеристикой, при этом вход и выход полосово- го фильтра tn-го канала (,М) соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами блока вычитания m-го канала, выход последнего .соединен с входом квадратичного детектора m-го канала, выход т-го канала через го-й блок деления соединен с т-м входом блока сложения, выход которого через нелинейный блок соединен с сигнальным входом регистратора, второй вход m-го блока деления подключен к m-му из М выходов блока памяти, вход запуска которого соединен с выходом блока синхронизации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения, в частности радиолокационных, радионавигационных системах радиосвязи, для спектрального анализа многокомпонентных случайных процессов. Целью изобретения является повышение скорости спектрального анализа при сохранении высокой разрешающей способности по частоте. Анализатор энергетического спектра содержит M объединенных по входу параллельных каналов 1-1 1-M измерения блок 2 сложения, последовательно соединенные блок 3 синхронизации и регистратор 4, причем каждый канал измерения 1-M состоит из полосового фильтра 5, вход которого является входом канала 1-M, последовательно соединенных квадратичного детектора 6 и интегратора 7, выход которого является выходом канала 1-M. Новым в анализаторе энергетического спектра является введение M блоков 8 вычитания, нелинейного блока 9 с гиперболической амплитудой характеристикой, блока 10 памяти и блоков 11-1 11-M деления. 1 ил.