Цифровой панорамный измеритель частоты Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

1 . ,

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может найти применение при измерении характеристик сигналов.

Известен цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий блок преобразования сигналов в цифровую форму, сигнальный вход которого подк.шочен к источнику измеряемлх частот, его первый и второй управляющие входы подк.71юченЫ к соответ- . ствующим выходам квадратурного генератора, а третьи и четвертые управляющие входы - к выходам задающего генератора сигналов дискретизации j выходы канала преобразования сигналов в цифровую форму подсоединены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор соединен с соответствующим входом блока грубой оценки частоты 1. Однако этот измеритель имеет низкую точность измерения частоты.

Наиболее близким по технической, сущности к изобретению является цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий канал преобразования сигналов в цифровую форму, сигнальный

вход которого подключен к источнику измеряемых частот, его первый и Итерой управляющие входы подключе ны к сботвётбтвующим выхода квадратурнбго генератора, а третий и четвертый управляющие входы - к выходам задс1ющего генератора сигналов дискретизации, выходы канала преобразования сц гналов в цифровую

10 форму подсоединены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор соединен с соответствующим входом интерполятора, между другим вхо15дом которого и .выходом квадратора включен блок грубой оценки частоты 2 .

Однако этот измеритель при нали20чии в принимаемом колебании двух и более перекрывающихся по спектру сигналов не обеспечивает совместное высокоточное измерение их частот, а формирует в этом случае лишь грубую

25 оценку центра тяжести кривой совместного энёргёт1 чёекого; спектра сигналов.

Цел изобретения - повьвиение разрешающей способности и точности совместТйого измерения частот нескольких гГёрекрывающихся по спё ктру Ьитналс в.

Эта цель достигается тем, что в цифровой панорамный измеритель частоты, содержащими блок преобразования сигналов в цифровую форму, управляющие входы которого соответственно подключены к выходам квадратурного reffepaiTopa и задающего генератора сигналов дискретизации, выходы блока преобразования сигналов в цифровую форму через последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерполятора, ешающий блок, введены М блоков оптимального разрешения, блок сочетаний, буферное запоминающее устройство и блок обнаружения, входы которого соединены с выходами квадратора, а выходы блока обнаружения подключены к вторым входам интерполятора, выходы которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройства, вторые входы которого подключены к входам квадратора. Выходы буферного запоминсцощего устройства соединены с входаили блока сочетаний, первая и вторая группа выходов которых подключены собтвётственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешения, выходы которых соединены с первыми входами решающего блока, вторые входы которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.

Каждый блок оптимального .разрешения, содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через п квадраторов подключены к входам сумматора, причем первые входы N блоков линейных комбинаций являются первыми входами блока оптимального разрешения. Вторые входм N блоков линейных, комбинаций являются вторыми входами блока, а выход сумматора - выходом блойа оптимального разрешения.

функциональная схема цифрового панорамного измерителя частоты показана на чертеже.

Измеритель содержит блок 1 преобразования сигналов в цифровую форму, квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации, блок 4 вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор 5, интерполятор6, блок 7 обнаружения, буферный запоминающий блок 8, блоки 9 сочетаний N блоков 10 оптимального разрешения, каждый из которых Ьостоит из п блоков линейных комбинаций и квйдраторЪв у, сумматора 13, решающий блок 14. На чертеже также показаны шина 15 сигналь.Яого входа и выходная шина 16.

Работает цифровой панорамный измеритель следующим образом.

На вход измерителя сигнала на, интервале времени (О,Т), отведенном

на временную обработку сигналов, поступает суперпозиция в общем случае перекрывающихся по спектру частот,N сигналов и шумового фона. Пусть сигналы представляют собой гармоничесс кие колебания с частотами f. + + Fp (рЕ ,N) длительностью Т, где fp - средняя частота занимаемого сигналами частотного диапазона, а чиумовой фон представляет собой гаусQ сов нормальный случайный процесс. При этом колебание на шине 15 измерителя (на сигнальном входе блока 1) имеет вид

s(.,.(Va) 5 .., рм

где Stt,Fp- enp|j2UFpt - комплексный

закон информационной модуляции сигнала от р-го источника неизвестной 0 частоты;

iyl-I

|е - постоянная на интервале (О,Т) комплексная случайная амплитуда сигнала р-го источника

5 неизвестной частоты;

n(t) - бе/нлй гауссов шум. На первый и второй управляющие входы блока 1 поступают сдвинутые друг относительно друра на ЭО опор0 ные сигналы частотой fj, с выходов квадратурного генератора 2, а на третий и четвертый управляющие входы - сигналы дискретизации с частотой (где - ширина интер5 вала возможных значений Измеряемых частот) с выхода задающего генератора 3. Блок 1 преобразования осуществляют предварительную согласованную фильтрацию принимаемых колебаний (1), их дискретизацию по времени с интервалом дискретизации At аналого-цифровое преобразование полученных отсчетов.При этом на выходе блока 1 формируется набор из KO отсчетов (в

5 цифровом коде) синфазных и квадратурных составляющих комплексной огибающей принимаемой суперпозиции сигналов (1) UK(tK) для всех моментов времени .Kel.KQ.

Эти сигналы U,KeI,Ko поступают на входы блока 4 вычисления дискретного преобразования Фурье, который формирует по ним Кд отсчетов Фурьеспектра комплексной огибающей суперпозиции сигналов. Эти отсчеты представляют собой отсчеты синфазных и квадратурных составляющих комплексного корреляционного интеграла согласованной отработки сигналов по

частоте в диапазоне (0,,) с шагом дискретизации if f сч о

4.--Su..a.-)exvpl)2-itiK|K A,ie Ik (2) 1 , к к Набор отсчетов , с. вы хода блока 4 перезаписывается в буферный запоминающий блок 8, а также поступает на вход квадратора 5, формирующего на своем выходе Ко отсчетов квадраторов модулей | Блок обнаружения- путем перебора отсчетов , поступающих на его вход,находи грубую оценку границ поддиапазонов, в которых сосредоточен энергетически спектр перекрывающихся сигналов,Интерполятор б, используя информсщию, заложенную в сигналах, поступающих на его входы с выходов блока 7 обнаружения и квадфатора 5, формирует на своем выходе оценку поддиапазонов в которых сосредоточены сигналы,посредством восстановления точной формы их совместного энергетического спект ра.. Значения номеров отсчетов, соответствующих оценке границ поддиапазонов, в которых сосредоточены частоты перекрывающихся по спектру N сигналов, поступают на соответствующий вход буферного запоминающего блока 8. При этом из буферного запоминающего блока 8 в первый внутрен ний буферный регистр блока 9 сочетаний перезаписывается набор из фиксированного числа К тех отсчетов I Y 1, которые сосредоточены в гра ницах оцененных поддиапазонов, а во второй внутренний буферный регистр блока 9 перезаписываются номера К этих отсчетов, несущие информацию о значении отсчетов частоты, в окрестности которых сосредоточен совместный энергетический спектр перекрывающихся сигналов. Блок 9 сочетаний формирует на каждой из М групп своих первых выходов по N различных сочетаний (без перестановок и повторений) отсчетов W,V где число /К К I Jm 4ir)4K/N Ni . М наборов отсчетов )4- 1Ч)п1,теТ,л поступают далее с первых выходов блока 9 на соответствующие входы М блоков 10 оптимального .разрешения. На второй группе выходов блок 9 сочетаний параллельно формирует М наборов номеров отсчетов f Jw соответствующих сформированным на пе группе выходов наборам отсчетов . Эти наборы номеров второй группы выходов блока сочетаний поступают на соответствующие входы решающего блока 14 (где записы ваются во внутреннем входном регистр блока 14) и параллельно - на соответствующие входы М блоков 10 оптимального разрешения. Каждый т-й из М блоков оптимгшьного разрешения формирует на своем выходе составляющую оптимального выходного эффекта совместного разрешения-измерения прр.екрывающихся по спектру СИ1-НЛЛОР X,T,) которым является логарифм совместной функции правдоподобия всех сигналов. Последний в рассматриваеллом случае разрешения по частоте может быть выражен в виде эриштовой формы где Y - вектор с элементами - операция транспонирования;- операция комплексного .сопряжения; vm матрица, обратная матричной функции неопределенности сигналов по частоте с элементами Hp --2expJ3(2ltCVV 4-) где FP р-лР,и F cj,-AF - значения отсчетов информационных парамет-. ров из набора|1рп,;р., или пос-, ле приведения эрмитовой формы (3) к удобному для схемной реализации каионическому виду „ т}выражается в форме суммы квадратов ,:;:: iMiJb Г. 5 где - комплексный корреляцион-г ный интеграл оптимального разрешенйя р-го сигнала из набора , . Р Ор . 4 . 1, .. (6 Здесь а р.,- - элемент матрицы А рядка р, полученной рбращением подблока порядка р исходной матрицы Y,заданной посредством операции (4). .Формирование эффекта оптимального совместного разрешения - измерения (5) в М блоках 10 оптимального разрешения осуществляется следующим образом. Калсдый т-й блок 10 содержит по N блоков 11 линейных комбинаций. Причем на первый блок 11 с первых и вторыхвыходов блока 9 сочетаний поступают соответственно и номер одного отсчета Y,ns SfJht, на второй блок 11 - знач§. , ., номера двух отсчетов из 5 и т.д., и на N-й блок 11 - значения и номера всех N отсчетов Y,, По значениям номеров отсчетов.-ie m в каждом р-м блоке 11 формируется набор коэффициентов весового суммирования qpj и Орр путем осуществления операции обращения числовой матрицы с элементами, формируемыми из набора { в соответствии с операцией (4). По значениям сформированных коэффициентов Qpi)pp, и по значениям набора отсчетов на выходе р-го блока 11 формируется посредством весового суммирования значение Хр ,п в соответствии с операцией (6). С

нГхояов1рсех блоков i i tiepe3 KBa ftр.аторы 12 (осущёстйляющие операции вэ1ят.ия квадратов модулей) значения поступают на N бходов сумматора 13, формирующего на своём выходе (являющимся илходом т-го блока 10 оптииЛального разрешения) значение т-й составляющей оптимального выходного эффекта совместного разрешения-измерения Л ,,

Набор М составляющих Х) с выходов .всех блоков Ю поступает на соответствующие входы решающего блока 14, где путем перебора значений составляющих оптимального эф$eIЙfa c6вмecтнor эp a9pёШнЙя-йзмepёния находится максимальная из них ° 1борУ номеров максимальной составляющей Hjx внутрен него входного буферного регистра решающего блока 14, где записаны номера всех наборов отсчетов в выходной буферный регистр блока 14 , перезаписывается набор из N номеров отсчетов по частоте -эе., кото рые Сйотйётствуют номеру -gt максимальной составляющей оптимального эффекта совместного разрешения-измерения, и однозначно связаны с набором значений совместно-эффективных оценок частот

, ч %n,j,-,4V.i

N перекрывающихся по спектру сигналов (сигналов, неразрешаемых по Релею) .

Таким образом, .за счет осуществленчя в предлаГслемом измерителе операций, реализующих процедуру оптимального совместного разрешения-измерения пёр е шывающихся по спектру (вне Релеевских) N сигналов, предложенный цифровой па;норамный измеритель частоты обеспечивает получение совместно эффективных оценок неизвестных частот всех N сигналов с точностными характеристикгили, близкикт к теоретически предельным,что существенно пошлшает разрешающую способность и точность совм.естного измерения частот и тем самым расширяет функциональные возможности измеритейя . ,

| ормула изобретения

Цифровой панорамный измеритель частоты ) содержащий блок преобразования сигналов в цифровую форму, управ- ляющие входы готорогр соответственно подключены к выходам квадратурного генератора и задающего гецератора сигналов дискретизации, выходы блока преобразования сигналов в цифровую фс5рму через последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерполятора, решающий блок, о тличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности совместного измерения частот нескольких перекрывающихся по спектру сигналов, в него

5 введены М блоков оптимального разрешения, блок сочетаний, буферное запоминающее устройство и блок обна- / ружения, входы которого соединены с выходами квадратора, а выходы

0 блока обнаружения подключены к вторым входам интёрпЬлятора, выходы которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройcri Ba, вторые входы которого подключейы к входам квадратора, выходы буферного запоминающего устройства соединены со входами блока сочетаний, первая и вторая группы выходов которых подключены соответственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешения, выходы которых соединены с Пёрвыми входами решающего блока, вторые входы которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.

2. Устройство по П.1, о т л ичающее ся тем, что каждый блок оптимального разрешения содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через п квадраторов подключены к входам сумматора,причем первые входы N блоков линейных комбинаций являются первыми входами блока оптимального разрешения,вторы входаа N блоков линейных комбинаций являются вторыми входами блока, а выход сумматора - выходом блока оптимального разрешения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.IEEE Transaction on 3nformation Theory, voE, lT-20, 1974,

p 104-109.

2.Авторское свидетельство СССР

569961, кл. G 01 R 23/00 25.08.77

Выход