Анализатор спектра Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

Фиг.1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для получения мощности или амплитуды аналогового сигнала в исследуемых полосах частот.

Целью изобретения является повышение точности спектрального анализа за счет сканирования спектра цифровым полосовым фильтром.

На фиг.1 представлена блок-схема анализатора спектра; на фиг.2 и 3 - диаграммы, поясняющие принцип работы анализатора.

Анализатор (фиг.1) содержит вход 1, j$ второй цифроаналоговый преобразовапервый аналоговый фильтр 2 нижних частот, генератор 3 тактовой частоты, блок 4 синхронизации, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, промежуточный запоминающий блок 6, запоминающий блок 7 с перезаписью, генератор 8 линейно нарас тающего напряжения, генератор 9 качающейся частоты, первый цифро- аналоговый преобразователь 10, второй аналоговый фильтр 11 нижних частот, второй аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, цифровой полосовой фильтр 13, второй цифроаналоговый преобразователь 14, третий аналоговый фильтр 15 нижних частот, первый коммутатор 16, блок 17 коррекции, блок 18 выделения частотных полос, второй коммутатор 19, квадратор 20, выход 21.

Последовательно соединены первый аналоговьй фильтр 2 нижних частот, первый АЦП 5, промежуточный запоминающий блок 6, запоминающий блок 7 с

перезаписью, первый цифроаналоговый преобразователь 10 и второй аналоговый фильтр 11, попапно последовательно соединены соответственно генератор 8 линейно нарастающего напряжения и генератор 9 качающейся частоты, блок 18 выделения частотных полос и второй коммутатор 19, первый выход второго коммутатора 19 и

квадратор 20, первый выход первого коммутатора 16 и блок 17 коррекции, генератор 3 тактовой частоты и блок 4 синхронизации, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к управляющим входам первого АЦП 5, промежуточного запоминающего блока 6, запоминающего блока 7 с перезаписью и генератора 8 линейно нарастающего напряжения соответственно, вторые вход и выход

20

25

30

35

40

45

50

55

тель .14, третий аналоговый фильтр 15 нижних частот, выходом соединенный с входом первого коммутатора 16, выход второго аналогового фильтра 11 подключен к информационному входу второго АЦП 12, управляющим входом соединенного с выходом генератора 9 качающейся частоты, пятый выход блока 4 синхронизации подключен к управляющему входу блока 18 выделения частотных полос.

Анализатор работает следующим образом.

Исследуемый аналоговый сигнал (напримерj полигармонический) (фиг. 2а), имеющий спектр S(t) (фиг.26), поступает на первый аналоговый фильт 2 нижних частот. Этот фильтр ограничивает спектр входного сигнала до частоты Fc, , где Fc, - частота среза первого аналогового фильтра 2 нижних частот (фиг.26). Последнее необходимо для исключения эффекта наложения спектров при последующей дискретизации процесса. Аналоговый сигнал с ограниченным спектром (фиг.2в) поступает на АЦП 5 и дис- кретизируется им. Продискретизиро- ванный аналоговый сигнал объемом N слов через промежуточный запоминающий блок 6 заносится в запоминающий блок 7 с перезаписью. В этом случае спектр занесенного в блок 7 дискре- тизированного процесса периодический с периодом, равным F9, - тактовая частота работы АЦП 5 (фиг.2г) При считывании этого процесса из бло ка 7 с повышенной тактовой частотой F спектр процесса сдвигается в сторону более высоких частот. Считанный из блока 7 процесс через цифро- аналоговый преобразователь 10 поступает на второй аналоговый фильтр 11 нижних частот. Этот фильтр вое

запоминающего блока 7 с перезаписью соединены между собой, второй выход первого коммутатора 16 подключен к входу и выходу блока 18 выделения частотных полос и блока 17 коррекции соответственно, второй выход второго коммутатора 19 подсоединен к выходу квадратора 20, который является выходом анализатора, причем вход первого аналогового фильтра 2 нижних частот является входом анализатора, последовательно соединены второй АЦП 12, цифровой полосовой фильтр 13,

$ второй цифроаналоговый преобразова0

0

5

0

5

0

5

тель .14, третий аналоговый фильтр 15 нижних частот, выходом соединенный с входом первого коммутатора 16, выход второго аналогового фильтра 11 подключен к информационному входу второго АЦП 12, управляющим входом соединенного с выходом генератора 9 качающейся частоты, пятый выход блока 4 синхронизации подключен к управляющему входу блока 18 выделения частотных полос.

Анализатор работает следующим образом.

Исследуемый аналоговый сигнал (напримерj полигармонический) (фиг. 2а), имеющий спектр S(t) (фиг.26), поступает на первый аналоговый фильтр 2 нижних частот. Этот фильтр ограничивает спектр входного сигнала до частоты Fc, , где Fc, - частота среза первого аналогового фильтра 2 нижних частот (фиг.26). Последнее необходимо для исключения эффекта наложения спектров при последующей дискретизации процесса. Аналоговый сигнал с ограниченным спектром (фиг.2в) поступает на АЦП 5 и дис- кретизируется им. Продискретизиро- ванный аналоговый сигнал объемом N слов через промежуточный запоминающий блок 6 заносится в запоминающий блок 7 с перезаписью. В этом случае спектр занесенного в блок 7 дискре- тизированного процесса периодический с периодом, равным F9, - тактовая частота работы АЦП 5 (фиг.2г). При считывании этого процесса из блока 7 с повышенной тактовой частотой F спектр процесса сдвигается в сторону более высоких частот. Считанный из блока 7 процесс через цифро- аналоговый преобразователь 10 поступает на второй аналоговый фильтр 11 нижних частот. Этот фильтр воеостанавливает по цифровым отсчетам исходный аналоговый сигнап, который подается на вход АЦП 5. При этом

восстановленный сигнал в

Раз

короче по времени (фиг.2е), а спектр его во столько же раз расширен (фиг.2д). Последнее обстоятельство позволяет сканировать спектр полосой

-р РЯЧ более широкой по сравнению с той, которая необходима при исследовании исходного аналогового сигнала (подаваемого на ЛИП 5). Поскольку при расширении полосы пропускания переходные процессы в фильтре сокращаются, то появляется возможность сканировать спектр в

F4-™ раз быстрее по сравнению со скоростью сканирования, которая требуется при исследовании исходного сигнала, что очень важно при обработке сигналов в реальном масштабе времени.

Сканирование спектра восстановленного сигнала осуществляется путем изменения тактовой частоты цифрового полосового фильтра 13 за счет качания тактовой частоты второго АЦП 12.

На фиг.За, д покачаны спектры восстановленного сигнала после его дискретизации АЦП 12 с различными

f e тактовыми частотами Г и F.--

(где fg верхняя граничная частота анализа, f ц- нихняя граничная частота анализа), а на фиг.Зб, е - полосы пропускания цифрового полосового фильтра в этом случае. Сканирование спектра производится полосой пропускания цифрового полосового фильтра 13, относительная ширина

которой постоянна

ЈL.

Fn

const, где

bF - ширина полосы пропускания цифрового полосового фильтра, Гц - центральная частота полосы пропускания) , и начинается одновременно с началом считывания процесса из запоминающего блока 7 с перезаписью. За время считывания процесса из блока 7 тактовая частота А1Ш 12 возF - F«. Ј.

где

растает от F до - гц- - ,

fg. - верхняя граничная частота первой (самой низкочастотной) полосы

19190Ј

анализа спектра, f

10

15

20

25

30

н - нижняя граничная частота этой же полосы. Отсчеты с выхода цифрового полосового фильтра 13 чере з второй цифроанало- говый преобразователь 14 поступают на третий аналоговый фильтр 15 нижних частот. На выходе этого фильтра получается (фиг.Зг) аналоговый сигнал, спектр которого лежит в самой низкочастотной полосе анализа спектра (фиг.Зв). Полученный сигнал через блок 17 коррекции (в первом положении коммутатора 16) или минуя его (во втором положении коммутатора 16) поступает на блок 18 выделения частотных полос, который представляет собой набор резонансных контуров, настроенных на центральные частоты анализируемых полос. В блоке 18 возбуждается 1-й контур и е него информация в момент положительной ПОЛУВОЛНЫ по сигналу с блока 4 синхронизации подается через квадратор 20 (в первом положении коммутатора 19) или минуя его (во втором положении коммутатора 191 на выход анализатора.

Чатем производится повторное считывание информации иs запоминающего блока 7 с перезаписью, Тактовая ччстота АЦП 12 за время повторного

i к считывания возрастает от F- до Г,

35

40

f

q. .nv.- -

е - верхняя грячичвторои полосы анализа н7 -нижняя граничная

и пая частота

спектра, f

частота этом ле полосы. Далее процесс происходит аналогично, как и для первой полосы анализа. R результате в блоке 18 возбуждается второй контур и на выходе анализатора появляется сигнал, полученный от второй полосы спектра. Таким образом, для последнего п-го считывания информации из блока 7 на выходе фильтра 15 получается аналоговый сигнал (фиг. Зз), спектр которого лежит в самой высокочастотной полосе анализа спектра (фиг.Зж), в блоке 18 возбуждается n-й контур, и на выходе анализатора появляется сигнал от n-й самой высокочастотной полосы анализа.

50

55

После наперед заданного количества считываний п из блока 7 на выходе анализатора появляются п уровней сигналов, характеризующих мощность или амплитуду (в зависимости от того,используется квадратор или нет) - процесса, считываемого из блока 7 в п анализируемых смежных полосах, частот. При этом тактовая частота второго АЦП 12 устанавливается с помощью генератора 9 качающейся частоты снова равной Р.

За время п считываний из запоминающего блока 7 с перезаписью в промежуточном запоминающем блоке 6 записывается следующий временной участок исследуемого аналогового сигнала, который после обработки первого временного участка поступает на его место.в запоминающий блок 7 с перезаписью, и цикл работы повторяется.

Таким образом, исследуемый аналоговый сигнал поступает на вход знали- затора непрерывно, а в запоминающий блок 7 - по частям. В результате этого осуществляется режим обработки в реальном масштабе времени.

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные первый аналоговый фильтр нижних частот,

первый аналого-цифровой преобразователь, промежуточный запоминающий блок, запоминающий блок с перез.а- писью, первьй цифроаналоговый преобразователь и второй аналоговый фильтр нижних частот, последовательно соединенные генератор линейно нарастающего напряжения и генератор качающейся частоты, последовательно соединенные первый коммутатор, блок кор- рекции, блок выделения частотных

0

5

Q

5

о

. д

полос, второй коммутатор и квадратор, последовательно соединенные генератор тактовой частоты и блок синхронизации, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены к управляющим входам первого аналого-цифрового преобразователя, промежуточного запоминающего блока, запоминающего блока с перезаписью и генератора линейно нарастающего напряжения соответственно, при этом вторые вход и выход запоминающего блока с перезаписью соединены между собой, второй выход первого коммутатора подключен к входу блока выделения частотных полос и выходу блока коррекции соответственно, второй выход второго коммутатора подсоединен к выходу квадратора,соединенного с выходом устройства, причем вход первого аналогового фильтра нижних частот соединен с входом анализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно соединенные второй аналого-цифровой преобразователь, цифровой полосовой фильтр, второй цифроаналоговый преобразователь, третий аналоговый фильтр нижних частот, выходом соединенный с входом первого коммутатора, выход второго аналогового фильтра нижних частот подключен к информационному входу второго аналого-цифрового преобразователя, управляющим входом соединенного с выходом генератора качающейся частоты, пятый выход блока синхронизации подключен к управляющему входу блока выделения частотных полос.

а)

47

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначена для получения мощности или амплитуды аналогового сигнала -в исследуемых полосах частот. Цель изобретения - повышение точности спектрального анализа за счет сканирования спектра цифровым полосовым фильтром - достигается введением аналого-цифрового преобразователя 12, цифрового полосового фильтра 13, цифроакалогового преобразователя 14, аналогового фильтра 15 нижних частот. Анализатор также содержит аналоговый фильтр . нижних частот, генератор 3 тактовой частоты, блок 4 сккхроннзадаи, аналого-цифровой преобразователь 5, промежуточный запоминающий блок 6, запоминающий блок 7 с перезаписью, генератор 8 линейно шрастрюшего напряжения, генератор 9 качающейся частоты, циф- роаналоговый преобразователь 10, аналоговый фильтр 11 нижних часчот, коммутатор 1t, блок 17 коррекг$ик, блок 18 ПЫДОЛЕМШЯ частотных полос, коммутатор-1 Ч, квадратор 20, выход 21. 3 ил. С

ГПУ ЛГТГПл /ГГТГ Ш

Ь

/.««.-г«

гсе

е)

Ьf

Ф«2.Е

7

7