Анализатор спектра Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

Изобретение предназначено для использования в бортовых системах ИСЗ для анализа спектра сигналов от нескольких источников.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройст- ва за счет определения максимального значения высокочастотных спектральных составляющих за период анализа.

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора спектра, на фиг.2 - алгоритм функционирования.

Анализатор спектра (фиг.1) состоит из полосовых фильтров 1, аналого-цифровых преобразователей 2, первых запоминающих устройств (ЗУ) 3, цифроаналоговых преобразователей 4, мультиплексора 5, смеси-, теля 6, гетеродина 7, узкополосного фильтра 8, первого блока 9 управления (БУ) вторых запоминающих уст- ройств (ЗУ) 10, накапливающих сумматоров 11, триггеров 12, компараторов 13, параллельных регистров 14, вторых блоков 15 управления (БУ) и двунаправленных шин 16.

При этом первый канал содержит последовательно соединенные полосовой фильтр 1, аналого-цифровой преобразователь 2, ЗУ 3 и цифроаналоговый преобразователь 4, выход которого под- ключей к сигнальному входу мульти- плекора 5. Управляющие входы блоков 2-4 соединены с соответствующими выходами первого БУ 9 . В остальных (п-1) каналах полосовой фильтр 1 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 2, выход которого подключен к двунаправленной шине 16 данных. К этой же шине подсоединены ЗУ 3 цифроаналоговый преобразователь 4 , второе ЗУ 10 и накапливающий сумматор 11 о Выход накапливающего сумматора 11 соединен с входами компаратора 13 и параллельного регистра 14. Выход параллельного регистра 14 подключен к второму входу компаратора 13, выход которого соединен со счетным входом триггера 12. Управляющие входы аналого-цифрового преобразователя 2, первого 3 и второго 10 ЗУ , цифроаналогового преобразователя 4, накапливающего сумматора 11 и параллельного регистра 14 соединены с соответствующими командными выходами второго БУ 15, синхронизирующий вход которого соединен с соответствующим выходом первого БУ 9, а командный вход связан с выходом триггера 12. Выход цифроаналогового преобразователя 4 в каждом из этих (п-1) каналов соединен с соответствующим сигнальным входом мультиплексора 5, синхронизирующий вход которого соединен с соответствующим выходом первого БУ 9. Выход мультиплексора 5 подключен к первому входу смесителя 6, к второму входу которого подсоединен управляемый гетеродин 7, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом первого БУ 9. Выход смесителя 6 соединен с узкополосным фильтром 8, выход которого является выходом анализатора.

Анализатор спектра работает следующим образом.

Первый БУ 9 вырабатывает набор команд К;:, которые поступают на управляющие входы всех вторых БУ 15,- 1 5П., аналого цифрового преобразователя 2, ЗУ 3, , цифроаналогового преобразователя 4 мультиплексора 5, гетеродина 7, которые выполняют управление и синхронизацию в целом, а также адресные команды Kft для ЗУ 3 . Вторые БУ 1 54-15П,также формируют свой па- бор команд: для управления работой аналого-цифровых преобразователей 22- 2n-Kjjнакапливающих сумматоров 11,- 1 паРаллельных регистров 14( - 1 |, { Цифроаналоговых преобразователей 4 -4п-К5 для обнуления накапливающих сумматоров 11,-11П,-К6: кома-нды обмена между первыми устройства 3g- 3h -K7j или вторыми ,,.,-Kaj ЗУ и двунаправленными шинами 16(-16П, данных, а также команды К, «для обнуления регистров 14,-14п,. Кроме того, эти БУ вырабатывают адресные командами К для ЗУ Зг-Зп иЧО,-10п, и анализируют состояние триггеров ., , которое заносится в БУ по команде Kg

Алгоритм приведенный на фиг.2, иллюстрирует работу одного из п частотных каналов (остальные, кроме первого, работают аналогично).

Сразу после включения устройства командой Пуск в отсутствие команды К|jпроисходит начальная установка устройства, заключающаяся в обнулении регистров командой К, При этом командами Kjjna мультиплексор 5 подается содержимое -произвольных ЗУ в зависимости от случайной установки триггеров .,, однако поскольку соответствующая команда Ку на мультиплексор 5 не поступает, это не мешает работе схемы.

Сразу же после подачи команды К( входной сигнал Uc , прошедший через фильтры 1П, поступает на аналого-цифровые преобразователи которые по командам К2 преобразуют его в цифровые коды, которые запоми- наются, например, в первых ЗУ Зп Пусть случайные состояния триггеров 12 ( - 1 2 п, Т ,2 0. По первому каналу за время t , равное периоду нижней частоты исследуемого спектра, записывается сигнал низкочастотной составляющей. По второму и последующим высокочастотным каналам время отбора отсчета t.j « t. Если при этом первые ЗУ З,,.,, заполнят ь только раз во время t , начало которого синхронизировано с началом tH, то оценка этой реализации будет случайной ре- личиной, не отражающей реальных параметров исследуемого процесса.

В предлагаемом анализаторе выборка значений процесса в высокочастотных каналах продолжается непрерывно. В конце первого te; в ЗУ п находятся записи реализа- ций в данный момент. Параллельно с записью информации в ЗУ по командам Кзj происходит последовательное сложение кодов, поступающих с выходов аналого-цифровых преобра- зователей 2 -2И через шины .| данных, в накапливаюгрте сумматоры 11i 11n-i которые складывают их без учета знакового разряда В конпе te|, в результате анализа кодов на- капливающих сумматоров 11i-11n t, и параллельных регистров 1 4,-I4h.,компараторами на счетные входы триггеров 1 2 - 1 2„.| подается импульс,

если оценка в накапливающих сумматорах 1 1 -11Л, больше оценки в соответствующих параллельных регистрах 14 -14пч (фиг.2), Первый раз это происходит обязательно, так как в регистры 14, -14ПМ предварительно уже записаны нули. При этом новые состояния Т ,Ј триггеров .( равны, например, единице, и командой Kg. эти состояния записываются в БУ .(. В следующем цикле формирования массива данные с выходов аналого-цифровых преобразователей уже записываются в ЗУ 10(- командам К.1. Одновременно по команде K4j информация из накапливающих сумматоров .| переписана в регистры 14j-14h | . Такая смена ЗУ происходит каждый раз, когда оценка в сумматорах ,.) превышает предыдущую оценку, сохраняемую в регистрах ,,.,. В обратном случае, состояние триггеров Т,ене меняется и следуюе ая запись массива производится в то же ЗУ, что и предыдущая, л перезапись из сумматоров в регистры 14|-14п не производится, так как команда K4J не формируется. Во всех случаях пере каналом следующего цикла записи массивов ta(, 4()сумматоры 1 11 - 1 1 „. , ляются командой . В анализа и обработки информации с выходов аналого-цифров-ых преобра- зсватепей 2П , к времени t ц в ЗУ Зг п ит и 10,-10П, находится информации с мтксимлльнь ми значениями, признаки которой находятся в 15, которые погпе прекращения команды К,; м тркмруют комлнду K.JJ, организуя обмен соответствуюгоих ЗУ с цифроаналотовых преобразователей 4„-4 через шины данных при поступлении команд от БУ 9 на коммутации) соотвс-тствукидих канчлов мультиплексором 5 к смесителю 6. БУ 9 поочередно подключает мультиплексором 5 частотные каналы к входу смесителя 6, куда запомненное реализации через цифрой налоговый преобразователь 4 подаются из ЗУ 3 j или ЗУ 1 0 : соответствующих j -x кана.гов в за- висимлсти от признаков, хранящихся во вторых БУ 15 и триггерах 12j в данный момент. На второй вход смесителя 6 подается сигнал треб емой частоты от гетеродина 7, и выходной фильтр 8 выделяет анализируемую гармонику. Поскольку каждый раз после команд подается команда Кц)., после окончания цикла анализа регистры 14 -14Пиобнуляются и при поступлении следующей команды К,. вновь начинается цикл записи реализации.

Таким образом, благодаря наличию новых элементов - накапливающих сумматоров, параллельных регистров, триг геров, вторых ЗУ, двунаправленных шин данных, компараторов и вторых блоков управления анализатор спектра позволяет найти максимальные значения высокочастотных спектральных состав- ляющих за период анализа. В результате расширяются его функциональные возможности и достигается экономия аппаратурных и энергетических затрат на борту космических аппаратов. При этом существенно повышается научная ценность получаемых результатов анализа, так как не теряется тонкая структура плазменных взаимодействий.

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий п каналов последовательно соединенных цепочек из полосового( фильтра,aHftfloP цифрового преобразователя, первого блока памяти и цифроаналогового преобразователя, соединенных с п сигнальными входами мультиплексора, выход которого подключен к первому входу смесителя, второй вход которог соединен с выходом гетеродина, а выход смесителя - с входом фильтра, п-1 двунаправленных шин данных и первый блок управления, адресный выход которого соединен с адресным входом первого блока памяти, командные выходы соединены с управляющими входами всех аналого-цифровых,цифроаналоговых преобразователей, ьгультиплек- сора, гетеродина и первого блока памяти, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет определения максимального значения высокочастотных спектральных составляющих за период анализа, во второй и последующие каналы дополнительно введены п-1 вторых блоков памяти, пнакапливающих сумматоров, п-1 компарторов, п-1 параллельных регистров, п-1 триггеров, п-1 вторых блоков управления, при этом в каждом из этих каналов выходы аналого-цифровых преобразователей, информационные входы накапливающих сумматоров, информационые входы и выходы первых и вторых блоков памяти и информационные входы цифроаналоговых преобразователей объединены двунаправленными шинами данных, управляющие входы аналого-цифровых преобразователей, накапливающих сумматоров, первых и вторых блоков памяти, цифроаналоговых преобразователей и параллельных регистров соединены с управляющими выходами соответствующих вторых блоков управления, адресные выходы которых, соединены с адресными входами соответствующих первых и вторых блоков памяти, управляющие входы вторых блоков управления соединены с управляющими выходами первого блока управления и выходами триггеров, счетные входы которых подсоединены к выходам компараторов, первые входы которых соединены с выходами накапливающих сумматоров, а вторые входы соединены с выходами параллельных регистров, входы которых подсоединены к тем же выходам накапливающих сумматоров.

Пуск АЦП 2

т,

Записать АЦЛ2 В ЗУЗ

I Содержимое I KSJ ЗУ с большей -4Zlfil передали на ЦАПЦ 1

I

к

Записать АЦП2 8 ЗУ 10

Изобретение может быть использовано в бортовых системах ИСЗ длл анализа спектра сигналов от нескольких источников. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства достигается путем определения максимального значения высокочастотных спектральных составляющих за период анализа. Устройство содержит полосовые фильтры 1, аналого-цифровые преобразователи 2, запоминающие устройства (ЗУ) 3, 10, цифроаналоговые преобразователи 4, мультиплексор 5, смесителя 6, гетеродин 7, узкополосный фильтр 8, блоки 9, 15 управления, накапливающие сумматоры 11, триггеры 12, компараторы 13, параллельные регистры 14, двунаправленные шины 16. Таким образом, благодаря наличию новых элементов - накапливающих сумматоров,параллельных регистров, триггеров, вторых ЗУ, дву- направленных шин данных, компараторов и вторых блоков управления - уст (Л

tfftl 2|,fjft-fll След массив

запом. в другом ЗУ

/Ч/

содержимое п перепис. S W

Bj

УстанодОбП

Редактор О.Головач

Сост-чпитоль А. Орлов Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик

Фиг. 2