Анализатор спектра Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТ РА

- I ,-,

Изобретение относится к области аппаратурного определения основных статистических характеристик стацио парных случайных процессов и может быть использовано в системах радио- 5 связи, радиолокации, при исследовании систем автоматического управления, биологических систем, акустических явлений ив других областях, имеющих связь со случайными процес- Ю сами.

Известны анализаторы, содержащие умножители, интеграторы, квадраторы и сумматор 1 .

Однако их недостатком является 15 сложность определения обобщенных числовых характеристик спектральной плотности.

Известны также анализаторы, содержащие блок нелинейного преобразо- 20 вания, фильтр, смесители, интеграторы, квадраторы, сумматор и блок регистрации 2 .

Их недостатком является сложность измерения центральных спект- 25 ральных моментов.

Цель изобретения - упрощение айализа, т.е. обеспечение возможности непосредственного измерения второго и третьего нормированных центральных 30

спектральных моментов случайных процессов.

Указанная цель достигается за того, что анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные согласующи-й блок, блок нелинейного преобразования, фильтр и смеситель, а также блок регистрации, один вход которого подключен к выходу интегратора через квадратор, а другой вход соединен с выходом блока усреднения, -дополнительно содержит последовательно соединенные ограничитель, частотный дискриминатор и блок выделения модуля, а также формирователь знаковрй функции, подключенный между выходом дискриминатора и входом блока усреднения, при этом вход ограничителя подключен к выходу смесителя, а выход блока вьщеления модуля соединен с входом интегратора.

На чертеже представлена структурная схема анализатора.

Он состоит из согласующего блока 1, блока 2 нелинейного преобразователя, фильтра 3, смесителя 4, ограничителя 5, частотного дискриминатора 6, блока 7 выделения модуля, интегратора 8, квадратора 9, блока 10 регистрации, формирователя 11

знаковой функции и блока 1-2 усреднения.

Работает анализатор следующим образом.

Исследуемый узкополосный случайный процесс подается через согласующий блок 1, состоящий из калиброванного аттенюатора, эмиттёрного повторителя и при необходимости усилителя, на блок 2 нелинейного преобразования. Блок 2 представляет собой в простейшем случае безынерционный нелинейный элемент и на его выходе преобразованный процесс t|( t) характеризуется спектральной плотностью Q,,(), состоящей из последовательности отделенных друг от друга спектральных полос,

о, 1,...

Фильтр 3 выделяет h-ю спектральную полосу и процесс на его выходе . характеризуется средней частотой и в К раз более широким энергетическим спектром (1 - коэффициент, зависящий от номера выделяемой спектральной полосы п). Смеситель 4 с помощью напряжения гетеродина, имеющего частоту Юр, понижает среднюю частоту nu). При этом осуществляется линейное смещение выделенной спектральной полосы на новую основную частоту х)р n-nnuJo (здесь принято tOp ). В частности, при выборе гл п--1 процесс x(t) на входе блока 5 вновь характеризуется Средней частотой и, u но имеет в К раз более широкий энергетический спект.р. Важной особенностью преобразований, осуществляемых блоками 2, 3 и 4, является то, что при расширении в k раз энергетического спектра сохраняется подобие .формы спектральной плотности преобразованного процесса хС) и спектральной плотности исследуемого входного случайного процесса.

С выхода смесителя.4 преобразованный процесс x(t) подается на ограничитель 5. Ограничитель представляет собой устройство с симметричной динамической характеристикой, он состоит из безынерционного нелинейног о элемента, после которого включен

.линейный фильтр, настроенный на частоту (л). Полоса пропускания ограничителя достаточно широка, чтобы

пропустить полосу спектра, сосредоточенную вблизи u)p без искажений, но недостаточно широка, чтобы пропустит составляющие из любых других спектрайьных полос, появляющихся из-за наличия нелинейного элемента, который в общён случае может быть выполнен на двух ра сстроенных относительно друг друга узкополосных фильтрах. Действия ограничителя 5 и частотного дискриминатора 6 заключаются в пр

образовании изменений частоты в соответствующие изменения напряжения.

: С выхода частотного дискриминатора сигнал подается одновременно на блок 7 и выделения модуля и формирователь 11. Блок 7 представляет собой безынерционный нелинейный элемент и служит для выделения модуля. Интегратор 8 усредняет это значение по времени, а с помощью квадратора .9 возводит его в квадрат. Знач.ение сигнала, получающееся на выходе квадратора с точностью до постоянного множителя, равно величине второго нормированного центрального спектрального момента процесса x(t).

Учитывая, что этими блоками обрабатывается предварительно преобразованный процесс x(t) , у которого спектральная плотность в k раз шире спектральной плотности исходного процесса, блок 10 регистрации должен выдавать данные о значении второго центрального спектрального момента исследуемого узкополосного случайного процесса. В простейшем случае таIкад операция может выполняться за счет соответствующей градуировки шкалы блока 10.

Процесс с выхода частотного дискриминатора 6 поступает также на формирователь 11 знаковой функции, который имеет характеристику типа симметричного идеального ограничителя. Величина «12, получающаяся на выходе блока усреднения 12, однозначно определяется величиной и знаком третьего центрального спектрального момента.

. Блок 10 регистрации по данным блока 12- выдает показания о значении этой измеряемой величины исследуемог узкополосного случайного процесса. Блок 10 в прёдлагаемом устройстве i имеет два-входа ив простейшетл случа два самостоятельных индикатора, с одного из которых сч1 тываются показания о измеряемом втором спектральном моменте, а с другого - о третьем спектральном моменте.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет проводить прямые измерения второго и третьего цент-ральных спектральных моментов узкополосного случайного процесса. Эти измерения не требуютпредварительного полного анализа спектральной плотности и вспомогательных вычислений. Предлагаемое устройство позволяет упростить процесс измерений, сократить избыточность измерений и при обработке узкополосных процессов существенно сократить время измерени

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные, согласующий блок, блок нелинейного преобразования, фильтр и смеситель, а также блок регистрации, один вход которого подключен к выходу интегратора через квадратор, а другой вход соединен с выходом блока усреднения, отличающийся тем, что; с целью упрощения анализа, он дополнительно содержит последовательно соединенные ограничитель, частотный дискриминатор и блок выделения модуля, а также формирователь знаковой функции, подключенный между выхддом дискриминатоpa и входом блока усреднения, при этом вход ограничителя подключен к выходу смесителя, а выход блока выделения модуля соединен с входом интегратора i

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М. , 1972, с.301, 353.

2.Авторское свидетельство СССР 48539.0, KJri. С 01 Р 23/00, 1975.