Цифровой измеритель частоты Советский патент 1979 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к радиоизмери телъной технике и может быть использовано в редиолокации, радионавигации, активной гидролокации, в частности в радио технических системах траекторных измерений. Известен панорамный измеритель частоты, содержащий канал преобразования сигнала в цифровую форму, к первому в второму управляющим входам которого подключены соответствующие выходы квад ратурного генератора, к третьему и четвертому входам - соответствующие выход задающего генератора сигналов дискретизации, а также последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор и блок поиска максимального спектрального отсче- та СИ Устройство формирует на своем выходе грубую (с точностью до дискретного интервала между соседними вычисляемыми спектральными отсчетами) оценку од ночастотного аналитического сигнала,сфор- мированно1Х) на базе измерительного, Недостатком этого устройства яыииот- ся низкая точность измерения частоты, а также невозможность оценки частот составляющих многочастотного , Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является панорамный цифровой измеритель частоты, содержащий канал преобразования сигнала в цифровую форму, к первому и второму управляющим входам которого подключены соответствующие выходе квадратурного генератора, а к третьему и четвертому входам - соответствующие выходы задающего генератора сигналов дискретизации, а также последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор, блок поиска максимального спектрального отсчета и интерполятор, подключенный своими информационными входами к выходам квадратора 23. Канал преобразования сигнала в цифровую рму содержит две цепочки, состоящие из смесителей, фильтров нижних частот, устройств временной дискретизации и ана лого-41Ифровых преобразователей, причем сигнальные входы смесителей объединены Однако это устройство позволяет НЭ мерять частоту лишь одногх сигнала с то ностью, близкой к потендиальной. Цель изобретения - расширение функци ональных возможностей измерителя. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемый цифровой измеритель частоты, содержащий квадратурный генератор и задающий генератор сигналов дис кретизации, выходы которых подключены к входам блока аналого-цифрового преобразования, блок вычисления преобразования Фурье, выход которого подключен к входу квадратора, блок поиска максималь ного спектрального отсчета, выход которого соединен с первым входом интерпо- лятора, дополнительно введены цифровой генератор, регистр накопления исходных данных, блок умножения и суммирующий регистр, причем выход блока аналого-41ифрового преобразования через регистр накопления исходных данных подключен к выходу цифрового генератора и к входу блока вычисления преобразования Фурье, выход квадратора через последовательно соединенные блок умножения и суммирующий регистр соединен с входом блока поиска максимального спектрального этсче-. та, выход которого соедш ен с управляющим входом блока умножения, второй вы- ход суммирующего регистра подключен ко второму входу интерполятора, выход кото рого соединен со входом ци(}фового генератора. На чертеже приведена структурная схе ма цифрового измерителя частоты. Измеритель содержит блок аналогоцифрового преобразования 1, к первому и второму управляющим входам которого под ключены выходы квадратурного генератора 2, а к третьему и четвертому управляющим входам - соответствующие выходы задающего генератора 3 сигналов дискретизации, а также последовательно соединенные блок 4 вычисления дискретного преобразования Фурье и квадратор 5, последовательно соединенные блок 6 .поиска максимального спектрального отсчета и интерполятор 7, регистр 8 накопления мае сива исходных данных и цифровой генератор 9. Выходы регистра 8 и инвертора 9 объединены и подключены к входу блока 4 вычисления дискретного npeo6pa3OBajiHH Фурье, а входы соединен соответственно с выходом блока 1 аналого-цифрового преобразования и выходом интерполятора 7. Устройство содержит также включенньге между выходом квадратора 5 и входом блока б поиска максимального спектрального отсчета последовательно соединенные блок умножения 10 и суммирующий регистр 11. Управляющий вход блока умножения 10 соединен с выходом блока 6 поиска максима льноххэ спектрального отсчета, а информационный вход интерполятора 7 подключен к соответствующему выходу суммирующего регистра 11. Цифровой измеритель частоты работает следующим образом. Измерительный сигнал, представляющий собой сумму нескольких ( И ) гармонических колебаний различных частот i-i из диапазона возможных значений(/:ц-Р, , где f о - центральная частота полосы возможных значений, О, 1, 2, ..., (п-1), подают на сигнальный вход 12 блока аналого-цифрового преобразования. В двух смесителях.блока аналого-цифрового преобразования измерительный сиг нал подвергается квадратурному гетеродинированию колебаниями генератора 2. С помощью двух фильтров нижних частот (на чертеже не показаны) блока аналоге- дискретного преобразования выделяют компоненты низкочастотного информационного аналитического сигнала, сформированного на базе измерительного сигн-йла: спектр аналитического сигнала сосредоточен в полосе частот f (0,2F), С помощью двух устройств временной дискретизации (на чертеже не показаны) блока аналого-яискретного преобразования в моменты времени t К At, At /2f, определяемые задающим генератором 3 сигналов дискретизации, фиксируют значения амплитуд обоих компонентов аналитического сигнала. Информацию об отсчетах амплитуды с помощью двух аналого-цифровых преобразователей (на чертеже не показаны ) блока аналого-дискретного преобазования перекодируют в цифровую форму и подают в регистр 8 накопления массива исходных данных. За время наблюдеияТ Мд4 в регистре 8 накапливают отсчетов информационного аналитичес- огО сигнала. После завершения интерва- а наблюдения Т за время ot прозводят перезапись информации из региста 8 накопления массива исходных данных о входной регистр блока 4 вычисления 568 дискретного преобразования Фурье. Одновременно производят обнуление суммиру юшего регистра 11 и устанавливают в исходное состояние блок умножения 10. После выполнения всех указан)1ых операций начинается повторное заполнение регистра 8. Блок 4 по N отсчетам информационного аналитического сигнала, дополненным N нулевыми отсчетами, формирует на своем выходе 2 N равноотстоящих отсчетов дискретного преобразования Фурье - спектра сигнала в полосе fg(0.iP). Квадратор 5 путем вычисления квадратов модулей. отсчетов формирует 2VS от счетов энергетического спектра. Затем отсчеты энергетичес.ого спектра измерительного сигнала с помощью блока умножения 1О умножают на 1 (исходное состояние блока умножения - умножение на ) и суммируют с содержимым 2 N соответствующих ячеек суммирующего регистра 11, Блок 6 поиска максимального) спектрального отсчета путем сравнения величви 2 отсчетов энергетического спек:тра, хранящихся в суммирующем регистре 11, находит максимальный из них и фик сирует на своем выходе номер В и величину наибольшего отсчета , Интерполятор 7, используя грубую оценку частоты , качестве опорного значения, формирует на основе виформадии, заложенной в амплитуде всех отсчетов спектра, точную оценку частоты . Таким образом, блоки 6 и 7 осущес вляют измерение частоты наиболее мощной (на данном этапе измерения) составляющей измерительного сигнала. Далее в энергетическом спектре измерительного сигнала компенсируют спектр уже измеренной составляющей. Для того с помощью цифрового генератора 9, свя- зашюго с выходом интерполятора 7, формируют Ы комплексных чисел -отсчетов сигнала ехрс) in ), ,N-1 лереписьгвают их во входной регистр бло ка 4 а дополняют Ы нулевыми отсчетам Затем с помошью блока 4 и квадратора 5 вычисляют 2 Ы отсчетов энергетического спектра аналитического сигнала с частотой измеренной составляющей. Чтобы осуществить компенсацию, сформированные отсчеты спектра, поступающие с выхода квадратора 5, умножают в блоке умножения 1О на коэффициент К и складывают с -содержимым 2 N соответ 6 твуюших ячеек суммирующего регистра 11, Коэффициент 1 выбирают из условия точной компенсации максимального тсчета измеренной составляющей и приймают paBnbiMK-Hi -(fei/Fei), где Fe нтенсивность ( составляющей сформиованного компенсирующего спектра. Повторение процедуры поиска максимального спектрального отсчета в интерполяции позволяет оценить параметры еледующей, несколгжо менее мощной по сравнению с предыдущей составляющей измерительного сигнала. Количество составляющих измерительного сигнала частоты которых могут быть измерены в реальном времени с помощью предлагаемого цифрового измерителя, оп- ределяется в основном быстродействием блока 4 вычисления дискретного преобразования Фурье. Для измерения частот (разнесенных на интервал, в несколько раз превышающий релеевский предел разрещения) необходимо за время, равное интервалу наблюдения, вычислить (п + 1) дискретное преобразование Фурье. Формула изобретения Цифровой измеритель частоты, содержащий квадратурный генератор и задающий генератор сигналов дискретизации,вы- xo/Sii которых подключены к входам блока аналого-цифрового преобразования, блок вычисления преобразования Фурье, выход которого подключен к входу квадратора, блок поиска максимального спектрального отсчета, выход которого соединен с первым входом интерполятора, отличающийся тем, что, с целью расщире- кия функциональных возможностей, в дополнительно введены цифровой генератор, регистр накопления исходных данных, блок умножения и суммирующий регистр, причем выход блока аналого-цифрового . преобразования через регистр накопления исходных данных подключен к выходу цв }ьрового генератора и ко вх )ду блока вычисления преобразования Фурье, выход квадратора через последовательно соединенные блок умножения и суммирующий регистр соединен с входом блока поиска максимального спектрального отсчета, выход которого соединен с управляющим входом блока умножения, второй выход суммирующего регистра подключен ко второ-6-8Тму входу интерполятора, выход которого соединен со входом цифрового генератора. Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе 4068 . l.PciemerU.C. Course Fpeciliensy est-JmqЫоп Using the Discre-te PoufierTrans-fofm, lEEETponsacAion On iл. TheoPV V ,11-20. 1974. pp. 104-109. 2. Авторское свндетельство СССР № 569361, МКИ G 01 1 23/00,1976.