Рециркуляционный анализатор спектра Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоиэме рительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства: приборостроении, медицине, станкостроении и других устройствах подобного назначения. Известен анализатор спектра рециркуляционного типа, содержащий сумматор, линию задержки, компенсирующий усилитель и блок автоматической регулировки усиления. Недостатком указанного анализато ра являются вносимые им искажения в параметры выходного сигнала. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению являет ся анализатор спектра, содержащий сумматор, электронный ключ, линию з держки, компенсирующий усилитель, устройство сдвига частоты, синхрони затор и индикатор. В указанном анализаторе для нормальной работы требуется, чтобы коэ фициент fi обратной связи рециркулятора был близким к единице и постоя НЫМ по величине, однако в большинст случаев результаты спектрального ан лиза должны обеспечивать выделение признаков сигнала. Одним из принципов выделения признаков является селекция компонентов спектра по форме, т.е. адаптация анализатора к сигналу. Этот принцип требует, чтобы динамическая амплитудно-частотная характеристика (ДАЧХ) анализатора являлась функцией, комплексно сопряженной по отношению к спектральной плотности сигнала. Так как различные сигналы имеют различную спектральную плотность, то анализатор спектра, обеспечивающий выделение признаков, должен обладать способностью синтеза любой из требуемых ДАЧХ. ДАЧК указанного анализатора является функцией, комплексно сопряженной только, по отношению к прямоугольным импульсам, что является его недостатком. С целью повышения точности анашиза рециркуляционный анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные сумматор, электронный ключ, линию задержки, компенсируюший усилитель и устройство сдвига частоты, один выход которого соединен с вторым входом сумматора, а другой подключен через синхронизатор к второму входу электронного ключа, причем вторые выходы синхронизатора и электронного ключа связаны с индикатором. 36 снабжен блокомуправления коэффициентом усиления компенсирующего усилителя , включенным между третьим выходом синхронизатора и вторым входом компенсирующего усилителя. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого анализатора; на фиг. 24 - графики, поясняющие его работу. Анализатор содержит последовательно соединенные сумматор 1, электронный ключ 2, линию 3 задержки, компенсирующий усилитель 4, устройство 5 сдвига частоты, один выход которого подключен к второму входу сумматора 1 а другой соединен с вторым входом электронного ключа 2 через синхрониза ,. T тор 6. Вторые выходы электронного клю ча 2 и синхронизатора 6 связаны с индикатором 7, а третий выход синхронизатора 6 подключен к компенсирующему усилителю 4 через блок 8 управления коэффициентом усиления компенсирующего усилителя. В соответствии с формой сигнала с выхода блока 8 управления относительно своего исходного значения изменяет ся коэффициент обратной связи, ft рёцир кулятора, а, следовательно, и вид син тезируемой дАЧХ анализатора. Уровень исходного значения -1 под держивается постоянным системой автоматической регулировки усиления (на чертежах не показана). На фиг. 2 представлены графики зависимости амплитуды К огибающей откли ка в пределах главного и первого боко вого лепестков от коэффициента юбрат- ной связи Ь с шагом Тд, / 10 N для , где Тд - время задержки линии 3, N - число циркуляции. Графики (фиг. 2) позволяют определить вид сигнала блока 8 управления для синтеза заданной анализатора или наоборот - по заданной форме сигнала блока 8 управления вид синтезируемой ДАЧХ. На фиг. 3 представлены графики сиг налов 8 управления и соответствующие им ДА4Х анализатора. Коэффициент обратной связи р| рециркулятора изменяет ся под воздействием сигнала блока 8 управления коэффициентом усиления компенсирующего усилителя 4 в течение времени T(.(N Т д - с периодом .,../N. Приведенные примеры указывают на широкие возможности по синтезу различ ных видов ГДАЧХ посредством изменения коэффициента обратной связи рециркулятора. Сигнал, необходимый для синтеза заданной ДАЧХ, может быть получен суммированием, кратных по частоте, но различных по амплитуде и фазе Fap МОНИК, сформированных из первой гармоники устройства 5 сдвига частоты, поступающей на вход блока управления 8 с выхода синхронизатора §. Выбор вида сигнгша блока 8 управления или вида ДАЧХ осуществляется оператором. 4 На фиг. 4 представлены графики зависимости отношения от N/Fgf , где G а - в - отсчет спектра; а, в - квадратные составляющие; G ш- мощность аддитивного шума, причем N 4 1; Gp - мощность Ухч - ч . помехи от (К+1) составляющей в момент отсчета спектра К и спектральной составляющей; Fg - эквивалентная ширина спектра сигнала; - длительность элементарного сигнала. При расчете ДАЧХ анализатора имеет форму /sin N /sin /. График 1 соответствует анализу сигналаZ.Ct S A;cosciu--t, график 2 - анализу сигнгша 2.(t)S A.-e cogoy t, график ,3 - анализу сигнала п sin t Z,(, , - весовые функции сигнала, .,) tr, 20--(0, , t(Ll,z2ir0, Шц 27С--1,25-fO, . a-ut:. йа вход анализатора могут поступать сигналы длительностью Г , Г и т.д., однако Т0 Т, где Т - время существования сигнала. Как следует из графиков ( ) определяется отношением . -1 оно монотонно увеличивав Для О ется. В точке Ы/ЕзТ 1 значение G|/( определяется соотношением между спектральной плотностью сигнала и ДАЧХ анализатора. Оно максик ально и равно единице, когда ДАЧХ анализатора есть функция, комплексно сопряженная по отношению к спектральной плотности сигнала (фиг. 4, кривая 1). Этот максимум можно назвать глобальным. Если ДАЧХ анализатора определяется как преобразование Фурье спектральной плотности сигнала, то отношение ) минимально и равно 0,11 ( фиг. 4, кривая 3). Для промежуточных сигналов ()c увеличением изменяется между максимальным и минимальным экстремумами

которые асимптотически приближаются к единице (фиг. 4, кривая 2). Первый максимум (локальный) всегда смещен вправо от точки N/FgCc-l- Он тем меньше, чем больше отличие ДАЧХ анализатора от спектральной плотности сигнала.

Графики (фиг. 4) позволяют определить алгоритм работы рециркуляционного анализатора спектра. Анализ сигналов предполагает выполнение двух этапов. На первом этапе определяется локальный максимум (cfu-f G ) на втором этапе, подбором ДАЧХ, его значение доводится до глобального максимума, при этом ДАЧХ анализатора является функцией, комплексно сопряженной по отношению к спектральной плотности сигнала и отражает в себе все его признаки.

Включение в схему анализатора блока 8 управления коэффициентом усиления компенсирующего усилителя позволяет расширить его возможности и область применения. В частности, использование предлагаемого анализатора для распознавания образов значительно сокращает необходимость разработки целого ряда дорогостоящих устройств этого назначения.

Кроме того, введение блока 8 управления коэффициентом усиления исключает необходимость применения элементов весовой обработки по двум

причинам; управитель функционально всегда может выполнять их роль; применение обычно используемой весовой обработки приводит к потере признаков сигнала, так как огибающая его спектральных составляющих приводится к единой, заранее установленной форме, описываемой функцией Хе1чинга, косинускуб, косинус-квадрат или другой. Таким образом, предлагаемый рециркуляционный анализатор спектра не приводит к .каким-либо значительным схемным усложнениям.

Формула изобретения

Рециркуляционный анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные сумматор, электронный ключ, линию задержки, компенсирующий усилитель и устройство сдвига частоты, одинвыход которого соединен со вторым входом сумматора, а другой подключен через синхронизатор ко второму входу электронного ключа, причем вторые выходы синхронизатора и электронного ключа связаны с индикатором, отличающийся тем, что, с целью повьичения точности анализа, анализатор снабжен блоком управления коэффициентом усиления компенсирующего усилителя, включенным между третьим выходом синхронизатора и вторым входом компенсирующего усилителя.