Способ автоматического анализа спектра сигналов с временной компрессией и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной технике, вокодерной те-- лефонии, радиолокации и т0п.

Цель изобретения - расширение диапазона анализируемых частот за счет обработки сигнала с изменением порядка считывания отсчетов и упрощения устройствао

Сущность способа анализа состоит в том, что анализируемый сигнал подвергают низкочастотной фильтрации с целью устранения мешающего влияния частот выше верхней анализируемой астоты, стробированию сигнала с частотой, которая равна или выше необходимой частоты по теореме Ко- тельникова для наивысшей анализируемой частоты, и запоминанию данных о стробированном сигнале в запоминающем устройстве, состоящем из N ячеек памяти.

Обработка N запомненных отсчетов осуществляется для спектрального анализа в базисе полной системы дискретных экспоненциальных функций (ДЭФ). ,

Спектральный анализ сигнала выполняется за счет временной компрессии и состоит в том, что при считывании отсчетов сигнала из запоминающего устройства с постоянной скоростью, большей, чем скорость стробирования, происходит сжатие сигнала во временной области, причем последовательное совпадение каждой составляющей с полосой пропускания полосового фильтра осуществляют путем перестановок спектральных составляющих в исходном спектре сигнала

Операция перестановок спектральны составляющих сигнала достигается за счет перестановок членов в последова тельности отсчетов сигнала S (х ) по правилу х - (kx )ц, т.е. по правилу умножения по модулю N. Перестановка членов последовательности запомненны отсчетов при считывании из запоминающего устройства выполняется путем изменения порядка считывания. Изменение порядка считывания запомненных отсчетов осуществляется через ранее рассчитанные для каждой составляющей интервалы отсчетов - коэффициенты пе рестановок (k,).

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

.

JQ

15 Q

25

,Q п

35

50

55

Устройство содержит фильтр 1 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)З, цифро- - аналоговый преобразователь (ЦАП)А, полосовой фильтр 5, детектор 6, стро- бирующий блок 7, блок 8 управления, первый накапливающий сумматор 9, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, вентили записи 12 и считывания 13, формирователь 14, сумматор 15, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, блок 17 синхронизации.

Устройство работает следующим образом

Анализируемый сигнал проходит фильтр 1 нижних частот, пропускающий все составляющие спектра вплоть до наивысшей5 и поступает в АЦП 2, где сначала квантуется с частотой, не меньшей, чем это необходимо по теореме Котельникова для наивысшей составляющей, а затем преобразуется в цифровую форму и подается в ОЗУ 3 для записи в ячейки памяти

ОЗУ 3 содержит N ячеек памяти, адреса которых нумеруются последовательностью двоичных чисел от 0 до (N - 1 ). Отсчеты сигнала записываются в ячейки памяти по адресу, поступающему из блока 8 управления на адресный вход ОЗУ 3, при поступлении тактовых импульсов на его управляющий вход записи. При поступлении тактовых импульсов на управляющий вход считывания ОЗУ 3 происходит счи тывание отсчетов из ячеек памяти, адреса которых подаются на адресный вход из блока 8 управления„

Считанные из ОЗУ отсчеты сигнала поступают в ЦАП 4, где преобразуются из цифровой формы в эквивалентную ей дисктерно-аналоговую, и подаются через узкополостный фильтр 5, пропускающий только одну спектральную составляющую сигнала на детектор 6. Стробирующий блок 7, на который поступает выходной сигнал детектора 6, обеспечивает стробирование данных в пределах анализируемого сигнала.

Блок 8 управления построен на основе накапливающего сумматора 9. Адресом ячейки памяти ОЗУ 3 для записи и считывания является хранящийся в накапливающем сумматоре 9 результат сложения числа, поступающего на его информационный вход, с результатом предыдущего сложения в моменты посs 16

туплення тактовых импульсов на его тактовый вход,

Запись отсчетов в ячейки памяти ОЗУ 3 происходит в прямом порядке, поэтому нумерация их адресов должна возрастать, изменяясь на единицу. Это осуществляется путем подачи единицы в виде двоичного многоразрядного числа, формируемого в формирователе 14 кода числа через открытый вентиль 12 записи и первый элемент ИЛИ 10 на информационный вход первого накапливающего сумматора 9. Считывание отсчетов из ОЗУ 3 происходит в измененном порядке, поэтому нумерация адресов ячеек памяти изменяется с шагом в kp единиц. Это осуществляется путем подачи чисел k« в виде двоичных многоразрядных чисел, хранящихся в ячейках памяти 1ПУ 16, через вентиль 13 считывания и первый элемент ИЛИ 10 на информационный вход первого накапливающего сумматора 9.

Особенность формирования адресов считывания состоит в том, что при анализе одной спектральной составляющей анализируемого сигнала шаг изменения нумерации не должен изменяться пока не будут считаны все N отсчетов сигнала, и должен измениться при переходе к анализу следующей спектральной составляющей, Поэтому в течение N тактов из ПЗУ 16 считывается N раз одно и то же число kp, которое, поступая в первый накапливающий сумматор 9, обеспечивает формирование адресов считывания с интервалом в kp ячеек памяти ОЗУ 3.

Для последовательного совпадения всех спектральных составляющих анализируемого сигнала с полосой пропускания узкополосного фильтра 5 заранее определяют последовательность чисел kp,которую заносят в память ПЗУ 16. Последнее содержит п ячеёй памяти, адреса которых нумеруются последовательностью двоичных многоразрядных чисел от 1 до п, причем, в ячейке памяти с адресом 1 хранится число k,которое, поступая N раз в первый накапливающий сумматор 9, обеспечивает формирование адресов считывания отсчетов сигнала из ОЗУ 3 в таком порядке, при котором анализируется составляющая спектра с номером VI. В ячейке памяти с адресом 2 хранится число k2, которое обеспечивает анализ спектральной

1896

составляющей с номером 2, и так шлее для всех п спектральных с стая- пяющих сигнала.

. Формирователь адреса считывания чисел, хранящихся в ПЗУ 16, построен на основе второго накапливающего сумматора 15, который в момент поступления на его тактовый вход им- O пульсов изменяет свое состояние на единицу. Эта единица в виде двоичного многоразрядного числа поступает на информационный вход второго накапливающего сумматора 15 из формирова- 5 теля 14 кода числа.

Работой анализатора управляет блок 17 синхронизации, который формирует три последовательности импульсов определенной длительности в стро 0 го определенном порядке. Первая последовательность снимается с первого выхода блока 17 синхронизации и пред- стлзляет собой равномерную непрерывную последовательность тактовых им25 пульсов, следующих с периодом Т„. Эта импульсная последовательность поступает на управляющий вход записи ОЗУ 3 для записи очередного отсчета сигнала и через второй элемент

30 ИЛИ 11 на тактояый вход первого накапливающего сумматора 9 дчя изменения адреса записи, а такге на управляющий вход вентиля 12 для обеспечения прохождения единицы из формиро,с вателя 14 кода числа.

Со второго выхода блока 17 синхронизации снимается последовательность из N считывающих импульсов, представляющих собой п пачек по N импульсов,

40 которые располагаются в интервале между тактовыми импульсами, снимаемыми с первого выхода блока 17 синхронизации. Эти п пачек импульсов поступают через второй элемент ИЛИ 11

45 на тактовый вход первого накапливающего сумматора 9, который формирует адреса считывания отсчетов сигнала, и на управляющей вход вентиля 13 считывания для обеспечения прохождения

50 чисел kp из ПЗУ 16 на второй вход первого элемента ИЛИ 10.

С третьего выхода блока 17 синхронизации снимается последовательность одиночных импульсов, формируемых

55 после импульсов, снимаемых с второго выхода блока 17 синхронизации, отмечающих окончание анализа очередной спектральной составляющей спектра сигнала и переход к анализу еле - 16

дующей спектральной составляющей. Эта последовательность импульсов поступает на тактовьй вход второго накапливающего сумматора 15 для изменения адреса считывания очередного числа kp из ПЗУ 16, выполняя операцию сложения по модулю N, а также на тактовьй вход стробир тощего блока 7 для регистрации результата анализа спектральной составляющей сигнала.

Следовательно, при считывании отсчетов из ОЗУ 3 последовательное изменение порядка считывания осуществляют последовательное приведение всех спектральных составляющих анализируемого сигнала к одной частоте с таким одинаковым числом периодов, при котором переходные процессы в узкополосном фильтре 5 не оказывают влияние на результат анализа спектра как для низкочастотных, так и для высокочастотных составляющих.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического анализа спектра сигналов и устройство для его осуществления при прочих равных условиях требуют меньшего быстродействия элементной базы или при прежнем быстродействии позволяют расширить диапазон анализируемых частот.

Формула изобретения

1. Способ автоматического анализа спектра сигналов с временной компрессией путем низкочастотной фильтрации сигнала, вплоть до наивысшей анализируемой частоты, стробирования отфильтрованного сигнала со скоростью не менее скорости стробирования для наивысшей частоты, запоминаний стробированного сигнала в прямом порядке, периодического считывания запомненного сигнала со скоростью, превышающей скорость стробирования, фильтрации считанных данных с фиксированной шириной полосы частот, стробирования выходного сигнала в пределах анализируемого спектра частот, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона анализируемых частот, данные о стробированном сигнале считывают для каждой составляющей в измененном порядке с постоянной скоростью, каждый раз обеспечивая ее совпадение с полосой пропускания полосового фильтра, центральная частота которого равна произведению частоты одной из

1898

анализируемых частот на коэффициент умножения частоты, а стробирование осуществляют с постоянной скоростью, зависящей от скорости считывания запомненных данных.

2. Устройство для автоматического анализа спектра сигналов с временной компрессией содержащее последовательQ но соединенные фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, узкополосный филъто, детектор, стробиc рующий блок, а также блок управления, выход которого связан с адресным входом оперативного запоминающего устройства, и блок синхронизации, первый В1гход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, входом записи оперативного запоминающего устройства и первым входом блока управления, второй выход соединен с входом считыва5 ния оперативного запоминающего устройства и вторым входом блока управления, а ,выход блока синхронизации соединен с тактовым входом блока стробирования и третьим входом

Q блока управления, при этом блок управления содержит последовательно соединенные формирователь кода числа, вентиль записи, элемент ИЛИ и накапливающий сумматор, выход которого соединен с выходом блока управления, а также второй элемент ИЛИ и вентиль считывания, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, а управляющий вход

0

35

соединен с вторым входом блока уп

равления и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с первым входом блока управления и управляющим входом вентиля записи, а выход подключен к управляющему входу накапливающего сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона анализи- руемых частот, в блок управления введены последовательно соединен- ные второй накапливающий сумматор

и постоянное запоминающее устройство, выход которого соединен с информационным входом вентиля считывания, информационный вход второго накап

ливающего сумматора соединен с выходом формирователя кода числа, а его управляющий вход соединен с третьяк входом блока управления.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной технике, вокодерной телефонии, радиолокации. Цель изобрете1 ния - расширение диапазона анализируемых частот - достигается считыванием данных о стробироваиии сигнала Лий, для каждой составляющей в измененном порядке с постоянной скоростью, обес печивая ее совпадение с полосой про- пускания полосового фильтра, центральная частота которого равна произведению частоты одной из анализируемых частот на коэффициент умножения частоты, стробирование осуществляют с постоянной скоростью, зависящей от скорости считывания запомненных данные. Устройство для осуществления способа содержит фильтр 1 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь 2, оперативное запоминающее устройство 3, цифроаналоговый преобразователь 4, полосовй фильтр 5, детектор 6„ стробирующий блок 7, блок 8 уп явления, накапливающий сумматор 9, элементы ИЛИ 10, 11. вентиль 12 записи, вентиль 13 считывания, формирователь 14, сумматор 15, постоянное запоминающее устройство 16, блок 17 синхронизации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. Выязд & в сл О