Многоканальный анализатор спектра мощности случайных процессов Советский патент 1975 года по МПК G06F17/18 G01R21/133 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА МОЩНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ анализа-горл спектра н т. д.; квадратурный фазовращатель 2, поддерживающий равенст амшл.туд и постоянство фазового сдвига, равного 9О°, между двумя сигналами в по лосе исследуемого сигнала, в состав кото- рого входят полосовой фильтр, ограничиваю щий полосу исследуемого сигнала от частоты повторения импульсов генератора в пер вом канале f до частоты генератора в последнем ( П - 3)-ем канале fjj.j , мен шей 2f| на величину 4f, , ряд смесителей и генератор S/ff -го и COS -го гетеродинных сигналов, фазоврашатель на 9О°, генератор вспомогательного пилот-сигнала, схема регулировки по пилоту-сигналу постоянства фазового сдвига 90°, схема регулировки по лилот-скгналу равенства амплитуд; синхронные RC-фильтры 3 и 4 первого канала; генератор 5 периодической посл довательности видеоимпульсов первого канала с частотой следования f ; соответственно синхронные R С-фильтры 6 и 7, 8 и импульсный |енефатор I -го канала; соответственно синхронные R С-фи/штры 9 и 1О, 11 и импульсы генераторов (П - 3)-г канала с частотой следования импульсов - выходе синхронных RC-фильтров в 1-ом канале; квадраторы 14 и 15 JiepBOio канала; ключи 16 и 17 на выходе синхронных R С-4Ильтров в I -ом канале; квадраторы 18 и 19 (, -го канала; ключи 20 и 21 на выходе синхронных ЯС-фильтров в (/t - 3)-ем канале; квадрл-торы 22 и 23 (П - 3)-го канала; соответственно синхронные усредняющие R С-фильтры 24, 25 и 26 - соответствен но 1, t и (rz - 3)-го каналов; электронный коммутатор 27, представляющий собой мно гоключевую (П - 3 ключей) схему, с помощью которой ноочереди берутся выборки из выходного напряжения синхронного усредняющего R С-фильтра 1, ..,, i , ... (fl- 3)-го каналов с периодом взятия выборок в каждом канале равным NTg; блок регистрации 28, в качестве которого может быть использовано любое устройство записи видеоимпульсных сигналов, илини- деоиндикатор на электроннолучевой трубке; блок управления 29, с помощью которого осуществляется коммутация ключей 12 к 1316 и 17, . . . , 20 и 21, . . синхронных усредняющих R С-фильтров 2 4, . . , 25, , . . 26, управление электронным коммутатором и запуск развертки блока регистрации 28, Рассмотрим принцип действия предлагаемого аналогоцифрового многоканального анализатора спектра мощности Для упрощения анализа можно считать, что синхронные RC-фияьтры представляют собой идеальные коммутируемые сумматоры, без ослабления; ключи имеют коэффициент передачи,равный 1; квадраторы идеально выполняют операцию возведения в квадрат без ослабление усредняющие синхронные фильтры представляют собой идеальные коммутируемые сумматоры без ослабления; ключи электронного коммутатора имеют i коэффициент передачи, равный 1; амплитуда коммутирующих импульсов, поступающих на синхронные R С-фильтры, равна 1. Входной сигнал с выхода приемного блока 1 поступает на квадратурный фазоврашатель 2, на двух выходах которого возникают две взаимно ортогональные составляющие с амплитудой, соответствующей входному сигналу при сохранении исходного сдви- . га фаз ( естественно, что фазовый сдвиг между выходными сигналами блока 2 равен 90°). Косинусная составляющая подается на синхронные R С-филг тры 3, ..., 6, ... , 9 вещественной части всех (М - 3) каналов, а синусная составляющая на синхронные R С-фильтры 4, ..., 7, ... 10, мнимой части всех (П - 3) каналов. С помощью синхронных R С-фильтров берутся выборки очень короткой длительности из входных сигналов с частотой импульсов генераторов 5, ..., 8, ..., 11 соответственно 1, ... I , ... (П- 3)-го каналов. Эти выборки запоминаются на весь период соответствующей импульсной последовательности и складываются со следующей выборкой. Для упрощения анализа можно считать, что выборки запоминаются и суммируются с весовым коэффищюнтомуравным 1. На самом деле на котгленсаторе С синхронного фильтра запоминается напряжение, пропорциональное выборкам с весовым коэффициентом, гораздо меньшим 1, а суммирование в первом приближении изменяется по экспоненте и, чем больще постоянные времени заряда конден-. сатора С в сравнении с длительностью импульсов коммутации, а постоянная времени разряда того же накопительного конденсатора в сравнении с периодом ловторения тех же коммутируемых импульсов, тем ближе весовой коэффициент суммирования к 1, а само суммирование к равновесному. Частота коммутирующей импульсной последовательности генератора 5 в первом канале Ш SL , а частота повторения импульсов генератора 11 в (П- 3)-ом канале ((чем определяется соотнощение частот СО и ОЭ. поясняется ниже). Частоты коммутирующих импульсных последовательностей в соседних каналах отличаются друг от друга на величину ft///. Рассмотрим работу j, -го канала. Част та импульсной последовательности в i -ом канале to.(jo,- («.-1) (n-bi: -1). с частотой iO, из взаимноортогональных составляющих входного сигнала i -го канала берутся очень короткие по длительности выборки и осуществляется их сумМ1фование на К -ом интервале накопления Для получения постоянной по всему диапа зону разрешающей способности длительнос интервала накопления TQ для всех каналов должна быть одинакова, но тогда ёудет изменяться от канала к каналу число накапливаемых выборок в соответствии с из менением (0 .С изменением числа накапливаемых выборок при fuji tO ( t 1 ..., tl -3) должна изменяться пропорциона но произведению () и амплитуда выборок, подаваемых после усреднения ( t N TO) с выхода синхронных усредня щих фильтров 24, „., 25, ..., 26 на блок регистрации. Для исключения указанной зависимости от номера канала целесообразно коэффициент передачи пары синхронных фильтров в каждом канале (3 и 4 - в первом, .,., 6 и 7 - в 1-ом, .,., 9 и 1О - в(п-3)канале) сделать обратнопропорииональным числу выборок накапливаемых в I -канале - М . Этого легко добиться либо подбором длительности коммутирующих импульсов генераторов 5, .,., 8, ..., 11 (изменяется время заряда конденсаторов синхрошшгх фильтров) при одинаковых постоянных времени цепей заряда и разряда конденсаторов С в синхронных фильтрах либо подбором постоянных времени при неизменной длительности коммутирующих импульсов. Можно показать, что необходимое число каналов для анализа сигналов в полосе частот jl. при интервале накопления Т,равноСумма квадратов напряжений, полученных в L канале на К интервале накопления запоминается в синхронном усредняюшем фильтре 25 и через время TQ склады вается со следующей суммой квадратов вы борок, так что к концу интервала усреднения Т N TO при коэффициенте передачи фильтра 25 обратнопропорциональном N (при большом N ) Ьудет составлять ,„()„ где Од - среднеквадратическое отклонени амплитуды Aj .входного сигнала. Этот сигнал через I -ый ключ электроного коммутатора 27 поступает на блок реистрации 28. Блок управления 29 формирует две коммутирующие импульсные последовательноти, одна из которых управляет первой паой - синхронный усредняющий фильтр и ключ в вещественной части каждого канала (12 и 24, ..., 16 и 25 20 и 26) и вторая управляет второй парой - тот же синхронный усредняющий фильтр и ключ в мнимой части каждого канала (13 и 24, ..., 17 и 25, ..., 21 и 26), с периодом повторения импульсов в каждой последовательности TQ и со сдвигом во времени Т,д« TO одной последовательности относительно другой. Кроме того, с помощью блока 29 формируется пачки из tl - 3 коммутирующих импульсов, поступающих на ключ электронного коммутатора 27с периодом внутри пачки Т. TO и с периодом Т NTo.. Работает анализатор следующим образом. Гармонический сигнал после прохождения приемного блока 1 подается на квадратурный фазовращатель 2 и на его выходе появляется два сигнала равной амплитуды с , , частотой f. и разностью фаз 90о. Эти сигналы с начальной фазой, соответственно равной 36° и 54, показаны на диаграм- i мах а и б (см. фиг. 2) На диаграмме в показан импульсный сигнал генератора 5 первой пары квадратурных каналов (частота следования f ). Импульсы генератора 5 подаются на коммут1фуемые (управляющие) входы синхронных R С-фильтров первой пары каналов 3 и 4. Во время действия этих импульсов происходит взятие выборки из сигналов на выходах блока 2, запоминание ее и суммирование с предыдущими выборками на конденсаторах фильтров 3 и 4. Так как частота сигнала на входах квадратурных каналов равна частоте импульсов генератора пер|вой пары 5 и накопление равновесно, то | изменение напряжений на конденсаторах синхронных R С-фильтров 3 и 4 будет ступенчатым с постоянной величиной и знаком ступеньки, зависящими от фазы гармонических сигналов в момент прихода импульсов. Процесс накопления показан на диаграммах Рид. При равновесном накоплении для ограничения числа накапливаемых выборок в I -и паре каналов величиной М,; необходимо периодически через время TO производить сброс накопленного напряжения до . Однако в этом нет необходимости, если накопление не равновесное а с ве- I I сом меньше единицы, т. е. закон накоплеНИИ близок к экспоненциальному. При этом напряжение на конденсаторе за время TQ достигает 0,9 от максимального синхронно накапливаемого напряжения. Сброс накопленного напряжения на конденсаторах синхронных RG-фильтров (для первой пары каналов - это фильтры 3 и 4 производится после считывания этого на- пряжения импульсами, поступающими от блока управления 29 на ключи 12 и 13, .... 16 и 17, ..., 20 и 21, которые выполняют функции устройств считывания и сброса на О. Импульсы считывания (они же с небольшой задержкой импульсы сброI са) показаны на Диаграммах для ключевых схем 12, ..., 16, ..., 20 и ключей 13, ..., 17, ..., 21. Эти импульсы следуют с периодом TQ. На диаграммах , И показаны считанные импульсы на вь;ходах ключевых схем 12 и 13 соответствонно, амплитуда когорых равна (прямопропорциональна) накопленному напряжению. Считанные импульсы поступают ни квад раторы 14 и 15. На диаграммах НО и П показаны импульсы, прошедшие квадраторы (на фиг. 2 амплитуда импульсов прямо пропорциональна квадрату имнул1 сов 3,и Эти импульсы постукают далее на межканальный сумматор 24, с гюмошью котороI го амплитуда ямпулыюв сшиомииается и суммируе1х:я, что показано на диаграмме м На диаграммах П , О и f показаны импульсг { опроса выходов клжлой квадратурной пары к;«налов: на П - первой, на 81902 О - второй и на П - последйей 9-ой j пары. Результат опроса всех пар каналов на выходе электронного коммутатора 27 представляет собой ряд импульсов (по числу пар каналов), амплитуда которых изменяется по закону, близкому к Sltl , как показано на диаграмме р . Предмет изобретения Многоканальный анализатор спектра мощности случайных процессов, содержащий электронный коммутатор, подключенный к блоку регистрации, блок управления, приемный блок, соединенный с квадратурным фазовращателем, а так же в каждом канале два синхронных фильтра квадратурных составляюUUIX, управляющие входы которых подключены к генератору импульсов, а выходы соеди- нень. через ключи с соответствующими квадраторами, отлича ющийся TON;, что, с целью упрощения, анализатор содержит в каждом канале синхронный усредняющий фильтр, информационные входы которого подключены к выходам соответствующих квадраторов данного канала, управляющие входы подключены к блоку управления, соединенному с управляющим входами соответствующих ключей, выходы квадратурного фазовращателя подключены к соответствующим синхронным фильтрам квадратурных со- составляющих.