ВСЕСОЮЗНАЯ МТйШУ-':: к:.[~:~ [[••::"_ Советский патент 1973 года по МПК G06G7/52 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР

1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенной для спектрального анализа электрических случайных сигналов.

Известны устройства для спектрального анализа, содержащие аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, запоминающее устройство, устройство управления, генератор тактовых импульсов, вычислительный блок и графопостроитель.

Недостатком таких устройств является невысокая разрешающая способность.

С целью повышения разрещающей способности предложенный анализатор содержит перестраиваемый фильтр нижних частот, подключенный к инвертору, первый и второй электронные переключатели, подключенные первыми входами к перестраиваемому фильтру, а вторыми - к инвертору. Выходы переключателей соединены соответственно с цервым и вторым интеграторами, входы которых подключены к аналоговому вычислительному блоку. Устройство управления подключено к управляющим входам аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, запоминающего устройства, электронных переключателей и к графопостроителю, соединенному с перестраиваемым фильтром.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, которое содержит многопредельный аналого-цифровой преобразователь (МАЦП) /, запоминающее устройство (ЗУ) 2, многопредельный цифро-аналоговый преобразователь (МЦАП) 3, перестраиваемый фильтр 4 нижних частот, инвертор 5, электронные переключатели 6, 7, интеграторы 8, 9, аналоговый вычислительный блок 10, графопостроитель //, устройство управления 12 и генератор импульсов 13.

На фиг. 2 изображены графики функции Фс(б,1) и ф5(6,) и импульсная функция, в соответствии с которой происходит управление электронными ключами 6 и 7.

На фиг. 3 изображена логическая структура . устройства управления, которое содержит предварительный счетчик 14, счетчик тактов 15, счетчик циклов 16, счетчик импульсов 17, схему совпадения 18, линию задержки 19, распределитель импульсов 20, дополнительный цифро-аналоговый преобразователь 21 и схе- му 22 переключения пределов..;

Анализируемый электрический - сигнал -(в частности сигнал интерферрограммы в Фурье-спектрометре) поступает на вход преобразователя. Дискретизованный и квантованный сигнал в двоичном коде поступает на вход ЗУ 2 последовательного типа. Регистрация сигнала заканчивается заполнением ЗУ.

В устройстве использован известный алго-. ритм, позволяющий реализовать непрерывное

преобразование Фурье и оно не обладает алгоритмическими ограничениями разрешающей снособности. Операция умножения на cos« с точностью до ностояннюго коэффициента п/4 в оцисываемом вычислителе производится с помощью перестраиваемого фильтра 4 низких частот, инвертора 5 и электронных переключателей 5 и 7.

При анализе информация многократно считывается из ЗУ 2 и подается на вход преобразователя 3. Непрерывный сигнал поступает на вход фильтра 4, который отфильтровывает все высокие гармоники, начивая с утроенной частоты анализа. Электрические сигналы с выходов фильтра 4 и инвертора 5 поступают на электронные переключатели 6, 7. На фиг. 2 показано, что с помощью четных импульсов осуществляется умножение сигнала на (рс(9,0, а с помощью нечетных - Hia фз(9,0- С выходов интеграторов 5 и 9 снимаются сигналы, пропорциональные So(6) -и Ss(9) и подаются на вход аналогового вычислительного блока 10, в котором определяется величина 5А(9) путем решения следующего выражения:

5л(0)-:15с(0)Ц-5ДО)1/2.

Сигнал, пропорциональный 5А(6), подается на вход Y графопостроителя 11. На вход X графопостроителя от блока управления 12 поступает сигнал, пропорциональный анализируемой частоте. С осью двигателя, перемещающего перо графопостроителя по оси X, связан элемент (переменное сопротивление), путем изменения которого перестраивается фильтр 4. В устройство управления 12 шоступают импульсы с высокочастотного кварцевого генератора 13, сигналы которого являются основой для выработки как частоты анализа, так и частоты считывания информации из ЗУ и команд переключения пределов работы МАЦП (|При регистрации) и МЦАП (при анализе).

Предварительный счетчик 4 понижает частоту генератора до тактовой частоты опроса ЗУ 2. Счетчик тактов 15 с единичного выхода старшего разряда выдает импульс на счетный вход младшего разряда счетчика циклов 16. Цикл опроса ЗУ состоит из числа тактов, равного -числу разрядов в памяти ЗУ. Выработка частоты анализа происходит следующим образом.

Состояние счетчика циклов 16 заносится через схему совпадения 18 в счетчик импульсов 17, на счетный вход которого от предварительного счетчика 14 поступают имшульсы с частотой, в четыре раза превышающей максимальную частоту анализа. Если анализ происходит с максимальной частоты, то состояние счетчика циклов заносится в счетчик импульсов в обратном коде, т. е. с инверсных выходов. При обнулении счетчика импульсов импул1ьс со счетчика поступает на распределитель импульсов 20 и через линию задержки 19 на Схему совпадения 8. Распределитель импульсов 20 управляет электронными переключателями 5 и 7.

Схема 22 переключения пределов работы преобразователей и 5 состоит из триггеров (по числу пределов работы), управляемых от счетчика тактов. Каждый триггер схемы переводится в нулевое состояние сигналом с последующего триггера, а последний из них обнуляется в конце цикла.

Многопредельная работа преобразователей / и 3 обеспечивает необходимую величину динамического диапазона без увеличения разрядности слова ЗУ.

Учитывая, что типичная интерферограмма представляет собой быстро спадающую с большим динамическим диапазоном функцию, это

устройство регистрации и воспроизведения интерферограмм позволяет оптимально использовать емкость последовательного ЗУ.

Кроме получения высокого разрешения описываемый сигнализатор обладает повышенной

помехоустойчивостью и меньшими ошибками, так как в нем для выработки частоты анализа и частоты опроса ЗУ используется один общий высокочастотный импульсный генератор 13. Понижение частоты генератора происходит с

помощью цифровых схем и нестабильность работы генератора не влияет на качество спектрального анализа.

Дополнительным преимуществом вычислителя является то, что он позволяет для качественных (строго симметричных) интерферограмм, зарегистрированных от нулевого до максимального запаздывания, производить только косинусное преобразование Фурье, что позволяет вдвое увеличить разрешающую способность вычислителя при неизменной емкости памяти.

Преимуществом вычислителя является также возможность его использования при регистрации интерферограмм методом преобразования частоты модуляции, который применяется при возможности смещения области модуляционных частот сигнала в область низких частот. Этот метод позволяет сузить область спектра шумов, что, в свою очередь, позволяет

увеличить щаг дискретизации и постОЯнную времени регистрирующего тракта, а следовательно, без увеличения емкости ЗУ увеличить разрешение и отношение сигнала к шуму в спектре.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой спектральный анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, соединенный с запоминающим устройством последовательного действия, подключенным к цифро-аналоговому преобразователю, инвертор, первый и второй интеграторы, аналоговый Бычиюлительный блок, графопостроитель и устройство управления, подключенное к генератору импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, он содержит перестраиваемый фильтр нижних частот, подключенный к инвертору, первый и

второй переключатели, подключенные первыми 5 входами к перестраиваемом} фильтру, а вторымн--к иивертору; выходы переключателей соединены соответственно с первым и вторым интеграторами, выходы которых подключены к аналоговому вычислительному блоку; устрой-5

1 2 3 5 6 7 8 5 го 11 IZ 6 ство управления подключено к управляющим входам аналого-цифрового и цнфро-аналогового преобразователей, запоминаюн его устройства, переключателей и к графопостроителю, соединенному с перестраиваемым фильтром.