Анализатор частотного спектра сигнала Советский патент 1980 года по МПК G01R23/16 

1

Изобретение отиосится к области радиоизмерительной техннки н может быть исиользовано при создании систем обнаружения и анализа радиосигналов.

Известно устройство для реализации ал- 5 горнт.ма быстрого нреобразования Фурье, которое содержит преобразователь напряжение - код, блок памяти, арифметический блок и унравляющий блок, включающий счетчик и дешифратор адресов.Ю

Извеетное устройство реализует алгоритм быстрого иреобразования Фурье для вычисления коэффнциеитов Фурье, онределяюн;нх амплитуду гармонических составляюHuix сигнала. В этом устройстве апализиру- 15 емый сигнал проходит через преобразователь нанряжепия-код н в цифровом виде заиисывается в блок намяти в течение цикла аиализа. Затем из блока памяти зиачения входного сигнала поступают в арифме- 20 тичеекий блок, где ироизводнтся их умножение на синусоидальные коэффициенты, записанные заранее в блоке намяти, и сложение произведений в соответствии с алгоритмом быстрого иреобразования Фу- 25 рье (БПФ). Полученные при этом коэффнциенты Фурье соответствуют амплитудам гармонических составляющих сигнала на, частотах, следующих с шагом, обратно про порцнопальным длптельностн цикла аиали- 30

за, и начппающпхся с нулевого значения. Ширина иолосы частот, в которой ироизводится анализ сиектра такими устройствами, жестко связана с параметрамн алгоритма БИФ (количество вычисляемых коэффициентов) и длительиостью цикла анализа, а каждьп) вычисленный коэффгщиент Фурье соответствует уровню сигнала, который сформнровался бы на выходе узкополосного фнльтра, ширина полосы нронускання которого обратно иропорциональпа длительностн цнкла анализа. Такнм образом, это устройство нозволяет нроводить аналнз снектра входного снгнала 1.

Иедостатком этого устройства является низкая точиость измерсиия.

Известен также анализатор спектра одновременного действия, который содержит гребенку узкополоспых аиалоговых фильтров, входы которых соединеиы е линейным перемножнтелем входного снгнала на снгпал генератора весовой функцни, а выходы - с гасящими шунтамн.

В этом анализаторе сиектра в течение цикла аналпза входпой сигнал умножается на весовую фуикцню, н поступает па узкополосные аналоговые фильтры, выделяющие оиределенные гармоннкн, а в конце цнкла колебаппя сигнала в полосовых фильтрах гасятся щунтамн, что нозволяет управлять формой частотной характеристики полосовых фильтров 2.

Недостатком данного анализатора сиектра является также низкая точность измерения.

Целью изобретения является расширение диапазона точности измереиия анализируемых частот нутем измеиения дискретности деления диапазона анализируемых частот.

Указанная цель достигается за счет того, что анализатор частотного сиектра сигнала, содержааи1Й гребеику цифровых фнльтров, связаииых с блоком уиравления, лоследоватс;1ьио соедшшииые гетсродии смесите.Из, шнроконолосиый фильтр, иреобра;юватсл; напряжение - код и задающий генератор, подключенный ко второму входу ирсобразователя наиряжеиие - код, снабжеи синтезатором частот следования нмпульсов, пптериолятором и коммутатором, первый вход которого подключен к выходу блока управления, второй вход к выходу синтезатора, а выход - ко входа.м гребенки цифровых фнльтров, вторые входы которых подключены к выходу интерио.чятора, своими входами соедннеицо10 с выходом преобразователя напряжение - код, с выходом генератора п со входом спптезатора.

Структурная схема анализатора частотного сиектра сигнала изображена на чертеже.

Анализатор частотного сиектра сгпнала содержит смеситель 1,-иерБый вход кочороIO яв.чяется сигнальным, а второй нодключен к выходу ге1ероднна 2. Выход смесителя 1 через шнроконолосный фильтр 3 связан с нреобразователем 4 иаиряжение - код, к унравляюи ему входу которого иодключей низкочастотны выход задающего генератора 5. Выход иреобразователя 4 напряжение - код соединеи с иитернолятором 6, к унравляющему входу которого нодключеи высокочастотный выход задающего генератора 5. Выход пптернолятора 6 подключеп к гребепке цифровых корреляционных фпльтров 7, а высокочастотный выход задающего геиератора 5 - ко входу цифрового сиитезатора 8 частот следоваиия имиульеов, выходы которого через коммутатор 9, подключепиый уирав;1яюгц,им входом к блоку 10 управления, связаны соответственно с управляющими входами цифровых корреляционных фнльтров 7, входы еброеа которых соединены с выходом блока 10 унравлепня, а выходы являются выходамн системы анализа частотиого сиектра сигнала.

Приицип работы системы заключается и следующем.

Входиой еигнал подается па емеспте.ль 1, на второй вход которого подается сигнал гетеродина 2. С выхода емеенгсля еигнал ностуиает на щироконолосный фильтр 3. Гетеродин 2 настроен на такую частоту, которая совмен.;ает анализи)уемую полосу

частот входного сигнала е полосой пропускания щирокополоспого фильтра 3, Анализируемый сигнал с выхода широкоиолосиого фильтра 3 постуиает иа иреобразователь 4 напряжение - код, где под воздействием низкочастотных пмиульсов задающего генератора 5 преобразуется в цифровой вид. В связи с тем, что преобразователь

4паиряжеппе - код может работать лищь с относительно ннзкой частотой (порядка

100 кГц), а для работы гребепки цифровых корреляциоппых фильтров 7 требуются значения анализируемого сигиа.та, следующие со зпачительпо более высокой частотой, то сгггнал с выхода преобразователя 4 нанряжсиие - код поетупает на вход гребенкп цифровых корреляциоппых фи.чьтров 7 через интериолятор 6, который под воздействием высокочастотных импульсов задающего геиераюра 5 вырабатывает промежуточные значения аиализируемого сигнала, еледующие е этой частотой.

Одновременно высокочастотные имиульеы с задаюп1,его генератора 5 постуиают па

цпфровой, синтезатор 8 частот еледоваппя импульсов, где иутем деления частоты еледоваппя пмиульеов задающего геиератора

5на различиые коэффициенты деления синтезируются пос.ледовательпости импульсов

различиой частоты следоваиия иа различ1П/.Х выходах. Полученные частоты следоваиия импульсов оиредсляют чаетот)л настройки цифровых корре;1яциоииь х фильчров 7, которые через коммутаюр 9 иодключаются .к выхода.ч сиитезаюра 8 своиг,; унравляюгцпми входами. С иомощью блока 10 управлеппя в коммутаторе 9 можпо производпть нереключеипе цифровых корре.чяциоипых фпльтров 7 па различпые выходи

сиитезатора 8 в завнеимоетп от требуемо чаетоты астройкп.

Цпфровые орреляциоиные ф 1льтры 7 содержат два квадратур ых канала, в которых еигнал умножаетея на

еинуса и частоты. Умножение на с 1нуса к умноже п- Ю входного еигиала иа +1 и -1 поочередно в еостветствии с частотой иастройк коррсляги- 0 пого фильтра, а умиоже1 ие а

косинуса анало1-ич о умиожени О на , но 3 1аков сдвннута на четверть ерпода, еоответствующего частоте настройки корреляцнон ого фильтра. На более простым способом пспользован я последовате.чьностн управля ощих нм 1ульсов для работы квадратуриых каналов является еледующий. В момепт прихода п.мпульса входпой сигиал умножается иа -:-1 и поступает в ,1ервь Й квадратур 1ый , в нрпхода второго импул)Са ум ожается а -;-1 п поету ает во BTOpoii свадратуриь Й канал, в прихода третье -о пмиульса 15ХОДПОЙ С 1гпал умпожается па -1 посту 1ает в квадратур 1Ь Й капал, в момент прихода четвертого импульса входной сигнал умножается на -1 и поступает во второй квадратурный канал и далее порядок действий повторяется. Такнм образом, частота настройки цифрового корреляционного фильтра 7 в четыре раза ниже частоты следования управляющих импульсов, поданных на его управляющий вход. После умножения на знак синуса или косинуса сигнал в каждом квадратурном канале интегрируется в течение времени между двумя имиульсами сброса, поступающими на сиециальные входы установки нуля цифровых корреляционных фильтров 7 от блока 10 управления. Объединение результатов интегрироваиия двух квадратурных каналов, например, путем вычисления квадратного корня из суммы квадратов, дает соответствующую гармоническую составляющую анализируемого сигнала.

Частотная характеристика корреляционных фильтров, как известно, имеет узкую полосу пропускания, щирина которой обратно иропорциональна времени интегрирования. Изменяя время интегрирования с помощью импульсов сброса блока 10 управления, можно получить любую требуемую щирину полосы пропускания. Следует отметить, что умножение на знаки синуса и косинуса опорной частоты вместо самих синусов и косинусов приводит к появлению дополнительных полос пропускания в частотной характеристике фильтра, соответствующих опорной частоте, умноженной на 3, 5, 7 и т. д. Одиако, щирокополосиый фильтр 3 ограничивает полосу частот входного сигнала сверху и приводит к отсутствию всяких сигналов на частотах, соответствующих дополнительным полосам пропускания корреляционного фильтра. В то же время умножение на знаки сииуса и косииуса позволяет существенно упростить схему синтезатора 8 частот следования импульсов по сравнению с известными синтезаторами частот гармоиических колебаний.

Положительный эффект предложенного технического рещения заключается в следующем. Путем переключения в коммутаторе 9 управляющих входов цифровых корреляционных фильтров 7 на различные выходы синтезатора 8 частот следования импульсов можно создать различные гребенки анализирующих фильтров в соответствии с конкретными условиями измерения спектра.

Изменяя время между нмнульсами сброса, поступающими из блока 10 управления на входы сброса фильтров 7, можно изменять щирииу полосы пропускания анализирующих фильтров, адаптируя ее к условиям измерения спектра.

Формула изобретения

Анализатор частотного спектра сигнала, содержащий гребенку цифровых фильтров, связанных с блоком управления, последовательно соединенные гетеродин, смеситель, щирокополосный фильтр, преобразователь

напряжение - код и задающий генератор, подключенный ко второму входу преобразователя напряженне - код, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности измереиий, он сиабжеи синтезатором частот следования импульсов, интерполятором и коммутатором, первый вход которого подключен к выходу блока управления, второй вход - к выходу синтезатора, а выход- ко входам гребенки цифровых фильтров, вторые входы которых подключены к выходу ннтериолятора, своими входами соединениого с выходом иреобразователя напряжение- код, с выходом генератора и со входом синтезатора.

Источники информации,

принятые во внимание ири экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 480079, G 06F 15/34, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 449312, G 01R 23/16, 1972.