Анализатор спектра Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к области коррепяционно-спектрального анализа и может быть использовано для построения спектроанализаторов случайных стационар ных эргодических сигналов с произвольными законами распределения, производящих измерения в реальном масштабе времени. Известен спектроанапизатор, содержащий входной блок, генератор тактовых импульсов, коррелятор, блок накопления и блок Фурье-преобразования l, Недостаток указанного анализатора невозможность вычисления спектральной плотности в реальном масштабе времени из-за необходимости предварительного вычисления значений корреляционной функ ции и их запоминания на время всего цикла измерений, а также наличие блока Фурье-преобразования и блока накопления работающих с многоразрядными числами, вследствие чего такой анализатор являет ся достаточно сложным. Наиболее близким решением из известных является устройство, которое содержит входной блок, блок выбора аргумента, кусочно-линейный аппроксиматор, блок взвешивания частот, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, коммутатор, счетчики и логические элементы 2 Недостаток указанного анализатора наличие сложного входного блока, содержащего схемы считывания сигнала, управления и квантования, блок взвешивания частот и кусочно-линейного аппроксиматора, работающих с многоразрядными .числами. Цепь предлагаемого изобретения - упрощение анализатора для получения оценки спектральной плотности стационарных эргодических случайных сигналов, Она достигается тем, что в анализаторе спектра, содержащем знаковый задающий блок, три генератора вспомогательных сигналов, компараторы, делитель напряжения, счетчик циклов, элементы И, ИЛИ. НЕ, блок логики, связанный с выходами и коммутатора и блока выбора аргуМенТй и со входами накопительных ЪчетчикоБ, входной блок, подкшоченный выходам двух т енераторов BcnoMoraTenb ных сигналов и двум выходаh геиерато pa тактовых импупьсов, один из которых соединен одновременно со входом счетчика циклов, причем другие выходы генератора тактовых импульсов подкшючень соответственно ко входу знакового задай щего бпока н объедниешшш входам коммутатора и бпока выбора аргумента, выход входного бпока подключен к одним из Входов бпока логики через знаковый задающий блок, а выходы cieT4ViKa циклов соединены с соответствующими входами блока вьгбора аргумента. Отлична знакового задающего бпока состоит в том, что выходы делителя на- связаны со входами элементов ИЛИ через последоватеяыю соединенные комтшрйгорь И эпемепть И, причем вторые входы компараторов подключены к вы ходу третьего генератора вспомогательны сигналов, вторые входы элементов И объ динены и соединены со вторым входом бпока, а их третьи входы за искпючеинем п.ервого элемента. И также соединены вместе и нодкшочеиь одновременно к пер вому Bxoj:iy блока и к третьему входу пе вого 8Tle feнтa И через элемент.НЕ, Такое выпоиненне межблрчньгх связей и связей между элементамн знакового за дающего блока позволяет Значительно упростить конструкщцо предлагаемого ан лизатора спектра, На фиг„ 1 представлена бпок-схема anajtuaaTOpaj на фиг, 2 - бпок-охема знакового задающего блока. Предлагаемый анализатор спектра содержит генераторы 1 и 2 вспомогательных сигналов, входной блок 3, генератор 4 тактовых импульсов, знаковый задаю. щий блок 5, блок 6 логики, блок 7 выбо аргумента, накопительные счетчики 8, к мутатор 9, счетчик циклов 10, Знаковый задающий блок 5 содержит делитель 11 , нап1эяжения, компараторы 12, генератс 13 третьего вспомогательного сигнала, елементы И 14, элемент НЕ 15 и элементы ИЛИ 16. Предлагаемый анализатор работает следующим образом, Входной случайный стационарный эрго дический сигнал с произвольным законом распределения поступает в блок 3, -где он центрируется, суммируется с двумя спомогатег1Ы(ыми снгнапами, после чего та сумма квантуется на два уровня (ОД). Квантоваш(ые сигналы при помощи мпульсов с частотой следования f и f, оступающих, соответственно с первого ыходов генератора 4 тактовых мпульсов, сдвигаются относительно руг друга и в виде произведения iK-Sien(,05t-en(X,.ivK оступают с выхода бпока 3 на вход зна ового задающего блока 5, Если И 0, о с элемента НЕ 15 на первый snetyfeHT И 14 поступает разрешающий потенциал, а на остальные элементы 14-запрещаюий потенциал, Еспи П- 1, то на перый элемент 14 подается разрещающий потенциал, а все остальные элементы 14 будут закрыты. На первые входы компараторов 1.2 с делителя 11 напряжения подаются постоянные напряжения, значения которых пропорциональны соэЦ.; где р ,1,2,...2. Эти напряжения, суммируясь с Вспомогательным сигналом (t) поступающего с генератора 13, квантуются на дваг. уровня (0,l), В pa-j зупьтате на выходе компараторов 12 no-t пучаются сигналы Qp Sigrnferj +cos р;), которые подаются на первые входы элементов И 14, Еспи , то этот будет раЗрещающим для Р-ого элемента 14, в противном случае ( Qp О) этот элемент И будет заперт, Имупльс с частотой спе дования f . с четвертого выхода генератора 4 тактовых импульсов пройдет через первый элемент И 14, еспи 0 и через Р-ый элемент 14, если и SigfttCg-j CoS ||-) 1 Таким образом, через Р-ый элемент ИЛИ 16 импульс с четвертого выхода генератора 4 пройдет в блок 6 только в том случае, если Sig-nCg-, |1)Вычисление спектральной плотности осуществпяется за N этапов, продопжи тельность вычисления T A(2- -i)N, где Л -интервал дискретизации. Каждый этап состоит из 2 + 1 циклов, а каждый цикл выполняется на шагов. Коммутатор 9 через бпок 6 подключает поочередно один . из на-, копительных счетчиков 8, причем переключение осуществляется импульсами с частотой следования f с третьего выхода генератора 4 через интервал Л.1 д -fa f() Импульсы с третьего и четьэртоговыходов Генератора 4 тактовых импульсов имеют одинаковую частоту следования, но сдвинуты относительно друг друга на полпериода. Счетчик 10 циклов подает код цнкла в блок 7 выбора аргумента, который осуществляет через блок 6 подключение необходимого выхода знакового задающего блока 5. Таким образом, на каждом шага в очередной счетчик 8 поступает информация с выхода блока 5 в виде Ф и 1. За один этап в j -ом счетчике 8 сформируется чТйспоgw j,i ) N аза N этапов Hj SH.j, где JM,2.-.. 2 Для получения оценки -ой ординаты спектральной плотности необходимо в упомянутую выше формулу подставить по- лученные предлагаемым устройством зна чения Н J. Применение двухуровневого квантования исходиого процесса X(-t) и функции преобраэованиясоЗлрп,смешанных со вспо могатепьными сигнапами и введение указанных связей между элементами ананизатора позволяет использовать только часть входного блока ввода ординат прототипа и изъять из устройства блоки взвешивания частот и кусочно-линейный аппроксиматор. Это значительно упрощает приборную реализацию предлагаемого анализатора спектра. Все арифметические операции над многоразрядными числами, а также операции с потоками имцульсов разной частоты, выполняемые в известных устройствах, в пpeдлaгaeмc f (устройстве заменены элементарными логическими one- рациями над числами О и 1. Формула изобретения 1. Анализатор спектра, содержащий знаковый задающий блок, три генератора вспомогательных сигналов, компараторы, делитель напряжения, счетчик циклов, элементы И, ИЛИ, НЕ, блок логики, связанный с выходами коммутатора и блока выбора аргумента и со вxoдa fи накопительных счетчиков, входной блок, подключенный к выходам двух генераторов вспомогательных сигналов и двум выходам генератора тактовых импульсов, один из которых соединен одновременно со входом счетчика циклов, причем другие выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно ко входу знакового задающего блока и объедин енным входам коммутатора и блока выбора аргумента, отпичаюшийсй тем, что, с целыо упрощения анализатора, выход входного блока подключен к одним из входов блока логики через знаковый задающий блок, а выходы счетчика циклов соединены с соответствующими входами блока выбора аргумента. 2. Анализатор спектра по п.1, о т личающяйсн тем, что в знаковом задающем блоке выходы делителл напряжения связаны со входной элементов ИЛИ через последовательно соединенные компараторы и элементы И, причем вторые входы компараторов подключены к выходу третьего генератора вспомогательных сигналов, вторые входы элементов И объединены и соединены со вторым входом блока, а их третьи входы за исключением первого элемента И также соединены вместе и подключены одновременно к первому входу блока и к третьему входу, первого элемента И через элемент НЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М., Энергия, 1972, с. 181 272-275. 2.Евтеев Ю. И., Юрухин Б. И. Цифровые системы обработки сканируемой информации, М., Энергия, 1975, с. 1J5125.