Устройство для измерения центральной частоты спектра узкополосного сигнала Советский патент 1993 года по МПК G01R23/16 

фие.1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты электрических сигналов на фоне шумов в составе доплеровских измерителей скорости (ДИС). ;

Цель изобретения - повышение точности измерений центральной частоты спектра узкополосного случайного сигнала путем исключения составляющей погрешности измерения, обусловленной линейной нерав- номерностью шума. ; ;. .

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - график, поясняющий алгоритм определения центральной частоты спектра.

Устройство содержит смесители 1 и 2, квадратурный генератор 3, фильтры 4 и 5 нижних частот, дискретизаторы 6 и 7, задающий генератор 8 сигналов дискретизации, аналого-цифровые преобразователи 9 и 10, блок 11 вычислений дискретного преобразования Фурье, квадратор 12, генератор 13 квадратурных гармонических

функций, вычислитель 14 взаимно корреля)- ционных функций, арктангенсный вычис- литель 15, блок 16 грубой оценки частоты, интерполятор 17.

Устройство работает следующим образом.

На первые входы смесителей 1 и 2 пода- ется смесь входного узкополосного случайного сигнала, частота которого может изменяться в пределах ширины его спектра, и шума, на вторые входы смесителей поступают колебания квадратурного генератора 3. частота которого выбрана наименьшей из диапазона вероятных значений частоты сигнала. Фильтры 4 и 5 обеспечивают выделение низкочастотных составляющих спектра колебаний на выходах смесителей. Дискре- тизаторы 6 и 7 при помощи генератора 8 дискретизируют по времени компоненты низкочастотного сигнала. Аналого-цйфро вые преобразователи 9 и 10 преобразуют дискретные значения компонент сигнала в цифровую форму. Блок 11 вычисления дискретного преобразования Фурье поотсчетам сигнала формирует отсчеты его Фурье-спектра.

Квадратор 12 формирует отсчеты энер- гетического спектра аддитивной смеси входного сигнала и шума, которые поступают на блок 16 грубой оценки частоты и вычислитель 14 отсчетов взаимно1, корреляционных функций. Блок 16 грубой оценки частоты путем перебора отсчетов энергетического спектра

находит максимум из них и, таким образом, формирует оценку частоты.

Вычислитель 4 взаимно-корреляционных функций определяет две взаимно-корреляционные функции смеси входного сигнала и шума с квадратурными гармоническими функциями.

Для определения центральной частоты спектра сигнал с выхода вычислителя 14 взаимно корреляционных функций через арктангенсный вычислитель 15 поступает на второй вход интерполятора 17. При различных растройствах частоты входного сигнала от частоты квадратурного генератора 3 будут получаться п точек взаимно корреляционных функций, совокупность которых соответствует вполне определенным участкам кардиодоподобной фигуры. Если через соседние точки провести хорды (фиг. 2) и определить с помощью арктангенсного вычислителя 15 углы р(п) наклона хорд и примой уз, перпендикулярной оси ус, то можно увидеть, что угол меняется по закону, приближающемуся к линейному. Таким образом, данную зависимость можно аппроксимировать прямой линией р - Ах + в, а точка, соответствующая пересечению этой прямой оси СХ, является координатой максимума энергетического спектра. Аппроксимируя данную зависимость прямой линией по методу наименьших квадратов получим следующую формулу для точного определв- ния максимума энергетического спектра, по которой работает интерполятор 17:

m

Ј.() 2,к(п)р(п)

где п - количество углов наклона хорд, зависящее от числа точек взаимно.корреляционр- ных функций,

К(п) - весовой коэффициент, соответствующий определенному углу р (п).

Таким образом, на выходе интерполятора 17 появляется код, соответствующий ной координате максимума энергетического спектра полезного сигнала на фоне неравномерного шума.

Для данного устройства составляющая погрешности измерения центральной частоты полезного сигнала, обусловленная линейной неравномерностью шума, практически отсутствует, что на несколько порядков снижает общую погрешность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения центральной частоты спектра узкополосного сигнала, содержащее два смесителя, первые входы которых объединены и соединены с входом устройства, их вторые входы подключены к выходам квадратурного генератора, а выход каждого смесителя через последовательно соединенные фильтр нижних частот, дискре- тизатор и аналого-цифровой преобразователь соединен с соответствующим входом блока вычислений дискретного преобразования Фурье, выход которого подключен через последовательно соединенные

квадратор и блок грубой оценки частоты к первому входу интерполятора, причем вторые входы соединены с выходами задающего генератора сигналов дискретизации, отличающееся тем, что. с целью повышения точности измерений, в него введены генератор квадратурных функций и последовательно соединенные вычислитель взаимно корреляционных функций и арктангенсный вычислитель, которые включены между выходом квадратора и вторым входом интерполятора, при этом два выхода генератора квадратурных функций подключены к соответствующим входам вычислителя взаимно корреляционных функций.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты электрических сигналов. Цель изобретения - повышение точности измерений центральной частоты спектра узкополосного случайного сигнала. Устройство содержит смесители 1, 2. квадратурный генератор 3, фильтры 5 и 4 нижних частот, дискретизаторы 6 и 7. задающий генератор 8 сигналов дискретизации, аналого-цифро- вые преобразователи 9 и 10, блок 11 вычислений дискретного преобразования Фурье, квадратор 12, генератор 13 квадратурных гармонических функций, вычислитель 14 взаимно корреляционных функций, арктзн- генсный вычислитель 15, блок 16 грубой оценки частоты и интерполятор 17. Введение блоков 13, 14 и 15 снижает общую погрешность измерения, 2 ил.