Устройство для цифровой обработки сигналов Советский патент 1980 года по МПК G06F7/20 

Изобретение относится к радиотехнике. Известно устройство для цифровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому и второму управляющим входам первого канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы кана лов преобразования сигнала соединены с выходами соответствующих буферных регистров, выходы которых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор подключен к входу бу ферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному входу интерполятора 1. Однако известное устройство имеет невысокое быстродействие, связанное с необходимостью вычислять М энерге тичёских спектров колебаний, зарегис рированных в М каналах преобразования сигнала. Цель изобретения - повышение быст родействия. Для этого в устройство для ци(ровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому-и второму управляющим входам первого канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы каналов преобразования сигналов соединены с входами соответствующих буферных регистров, выходы которых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор подключен к входу буферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному входу интерполятора, введены блок управления, два квадратурных гетеродина и дополнительный генератор сигналов дискретизации, выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам второго канала преобразования сигнала, причем третий и четвертый управляющие входы каналов преобразования сигнала соединены с выходами квадратурных гетеродинов, к управляющим входам которых подключеНЫ выходы блока управления, вход которого соединен с выходом генератора.

На чертеже изображена структурная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство содержит два канала 1 (И преобразования сигнала, буферные регистры 3, 4, квадратурные гетеродины 5| б, генераторы 7 и 8 сигналов дискретизации, блок управления 9, блок 10 вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор 11, буферный блок памяти 12, интерполятор 13 и блок 14 обнаружения сигнала.

Устройство работает следующим образом.

На сигнальные входы обоих каналов 1 и 2 преобразования сигнала через сигнальный вход 15 поступает измерительный сигнал

U(t) SoCos :2n(ftt4-f t H l( I )

fee (fo-F, fo-vF); f,

с € ( - f rnax- ma) где So - амплитуда сигнала,

f - ЗНаff- - значение чение частоты сигнала, производной частоты сигнала в момент интервала наблюдения t ё(0,Т), а на первый и второй управляющие входы - сдвинутые друг относительно друга на фазовый угол те /2 - колебания квадратурных гетеродинов 5 и 6. В пе вый канал поступают сигналы с первого гетеродина 5, представляющие собой линейно-частотномодулированные (ЛЧМ) - колебания вида:

Ur Sin2- I{fo-F) fvnp-t t (2)

Upj Cos2Jcr(fo -F) 4. f nptlt

t: t при t e (0 ,T) .

ЛЧМ - добавка гетеродинируюгцего колебания на i-M этапе измерения примерно равна оценке ускорения на предыдущем интервале наблюдения, т.е. fwnp fД . В первом канале 1 измерительный сигнал после гетеродинирования подвергается низкочастотной фильрации, что позволяет сформировать на базе принятого сигнала низкочастотный аналитический сигнал,спектр которого сосредоточен, в области fU(0,2F) при этом составляющие сигнала за сче ускррения скомпенсированы ЛЧМ - составляющей гетеродинирующего колебания. Далее обе компоненты низкочастотного аналитического сигнала дискретизируются с постоянным шагом , задаваегущм генератором 7 синалов дискретизации, и подвергаются аналогово-цифровому преобразованию. За интервал наблюдения Т в регистре первого канала преобразования сигнала в цифровую форму накапливается .дискретных отсчетов сигнала.

Во втором канале измерительный сигнал подвергается гетеродинированию колебаниями квадратурного гетеродина б

U Sin2TC (fjj-F+-Unp )t (3)

Url Cos2jr (fo-F-v- ) t,

где fynp представляет собой экстраполированное на основе оценок ч астоты и производной частоты на предыдущих этапах измерений значение чатоты низкочастотного сигнала в момент интервала наблюдения.

Затем осуществляется низкочастотная фильтрация в диапазоне f6(0,2F) выходных сигналов смесителей, что позволяет выделить комплексную огибающую сигнала. Обе компоненты огибающей дискретизируются в неравноотстоящие моменты времени, причем момент взятия К-го отсчета задается генератором 8 сигналов дискретизации согласно правилу ,/ .

,lfk, At. Vf, At ,0x1. Ci)

С помощью двух аналогово-цифровых преобразователей второго канала отсчеты огибающей преобразуются в цифровой код. За интервал наблюдения Т в регистре 4 второго канала накапливается М {т2/л1 дискретных отсчетов комплексной огибающей сигнала.

По окончании интервала наблюдения содержимое регистров обоих каналов переписывается в соответствующие буферные регистры 3 и 4. Сразу же по ле этого начинается повторное заполнение регистров каналов новой информацией .

Блок 10 вычисления дискретного пробразования Фурье noKt Pf дискретньл отсчетам низкочастотного аналитического сигнала из буферного регистра 3 вычисляет 2N отсчетов и его Фурьеспектр в диапазоне f (0,2F) с шагом Af l/iT . Квадратор 11 путем нахождения квадратов модулей отсчетов Фурьеспектра формирует 2N отсчетов энергетического спектра, которые помещаются затем в буферный блок памяти 12 Сразу же после этого блок 10 начинает обрабатывать отсчеты комплексной огибающей измерительного сигнала из буферного регистра 4, трактуемые как равноотстоящие отсчеты низкочастотного аналитического сигнала. Для обеспечения полной загрузки входного регистра блоком 10 М отсчетов комплексной огибающей дополняются N-M нулевыми отсчетами.

Блок 14 обнаружения на основе анализа отсчетов энергетического спектра в буферном блоке памяти 12 формирует грубую оценку частоты измерительного сигнала, которая затем с помощью интерполятора 13 уточняется. Сформированная оценка частоты iпоступает в блок управления 9.

В освобождающийся буферный блок памяти 12 загружаются отсчеты энер.гетического спектра нелинейно сжатого во времени по отношению к исходному сигналу по закону -с t колебания, по которым с помощью блоков 14, 13 формируется оценка ускорения на -м интервале наблюдения, численно равная частоте сжатоГО колебания. Оценка i поступает в Илок управления 9. Блок управления 9 на основании хранящихся в его памяти данных об оценках частоты и производной частоты сигнала на нескольких предшествующих интервалах измерений экстраполирует значение частоты сигнала и ее производной на момент начала очередного измерения и формирует соответствующие управляющие сигналы для гетеродинов 5 и б. В самом простом случае производна частоты ix/np не экстраполируется и чис ленно принимается равной оценке производной частоты на предьщущем интервале наблюдения; значение частоты линейно экстраполируется: , 1% В установившемся режиме на первыё и вторые управляющие входы первого и второго каналов преобразования сигна ла в цифровую форму подаются колебания, следящие соответственно за производной частотой и частотой сигнала, что позволяет полностью компенсировать мешающее воздействие неизмеряемых в данном канале параметров сигнала. Измерение производной частоты мо жет быть осуществлено по описанной выше методике. Пусть измерительный сигнал имеет, вид . П(t) Выделяя кор плексную о.гибакяцую v(t) u(t) . (6) и осуществляя нелинейное сжатие ее времени по закону т t где .Т вый временной масштаб, мы получаем аналитический сигнал V(r) частота которого однозначно соответ ствует производной частоты исходног измерительного сигнала. Для измерения частоты указанного сигнала, пол са частот которого численно равна (- fpiQ;(.. fpigj ) применима стандартная ме дика измерения частоты аналитическо го сигнала. Таким образом, предлагаемое устр ство, имеющее примерно .) раз еньший по сравнению с прототипом аппаратурный объем, способно обеспечить измерение частоты сигнала и ее производной от одной цели с точностями, близкими к потенциальным. Кроме того,предлагаемому устройству присуще существенно более высокое быстродействие, обусловленное необходимостью вычислять только два (вместо М ) энергетических спектра. Формула изобретения Устройство для цифровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому и второму управляющим входам первого канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы каналов преобразования сигнала соединены с входами соответствующих буферных регистров, выходыкоторых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор подключен к входу буферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному входу интерполятора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены блок управления, два квадратурных гетеродина и дополнительный генератор сигналов дискретизации, выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам второго канала преобразования сигнала, при чем третий и четвертый управляющие входы каналов преобразования сигнала соединены с выходами квадратурных гетеродинов, к управляющим входам которых подключены выходы блока управления вход которого соединен с выходом интерполятора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявка № 2433528/09, кл. G 06 F 15/34, 1976 (прототип).

Г/1Д