Цифровой панорамный измеритель частоты Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радиотехнических -системах распознавания сигналов по частотным признакам. Известен аналого-дискретный анализатор гармонического спектра элек трических сигналов, содержащий последовательно соединенные блок квад ратурной обработки, сумглатор, фильтр нижних частот,амплитудный детектор индикатор fl . Однако данный анализатор характеризуется недостаточной точностью .и ограниченными функциональными возможностями . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является панорамный измеритель частоты, держащий интерполятор, два смесителя, пер вые входы которых соединены с источ НИКОМ гармонических сигналов измеряемой частоты, их вторые входы подключены к выходам ква.цратурного генератора, и два идентичных параллельных канала,образованных последовательно соединенными фильтром нижних частот, дискретизатором и аналого-циф,ровым преобразователем, выходы кото рых соединены с соответствуиадими . входами блока вычислений дискретного преобразования Фурье, первый выход которого соединен со входом квадратора. Этот измеритель частоты позволяет измерять частоту одного или нескольких гармонических сигналов. Однако в результате того, что огибающая спектра видеосигнала вблизи частоты следования имеет сложную многолепестковую форму, которая повторяется на частотах, кратных частоте следования, измеритель частоты не обеспечивает измерение частоты следования одного ИЛУ нескольких асинхронных сигналов типа прямоугольного видеоимпульса. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей цифрового панорамного измерителя частоты путем обеспечения панорамного измерения частоты следования одного или нескольких асинхронны:: сигналов типа прямоугольных видеоимпульсов,. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий вычислитель, два смесителя, первые входы которых соединены с шиной - гармонических сигналов измеряемой частоты, их вторые ..входы .подключены к выходам квадратурного I eкepaтopa, и два идентичных парал;1ельных каьгала,- образованны последовательно соединенными фильтр нижних частот, дискретиэатором и ана лого-цифровым преобразователем,- выходы которых соединены с соответстByjcu HMH входами блока вычислений дискретного преобразования Фурье, первый выход которого соединен с входом квадратора, причем вторые входдл дискретизаторов каждого канала соединены с выходами задающего генератора сигналов дискретизации, введены дополнительно фop /иpoвaтeль импульсов, переключатель режимов измерения и блок определения симмет рии , вход которого соединен с выходом квадратора, а выход подключен к первому входу вычислителя, второй вход вычислителя соединен со вторым выходом блока вычислений дискретного преобразования Фурье, а третий . вход вы--шслителя подключен к первому выходу трехвходового переключате ля режимов измерения, остальные два выхода которого соединены со входами соответствующих фильтров нижних частот каждого канала, а выходы под ключены к выходам соответствукхцих смесителей и к выходу форг-шрователя импульсов. На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового панорамного измерителя частоты; на фиг. 2 - эпюры с налов во временной и частотной областях, поясняющие его работы в реж ме измерения частот р4 следования. Устройство содержит (фиг.1) смесители 1 и 2, квадратурный генерг1то 3, переключатель 4 режимов измерени формирователь 5 импульсов, фильтры и 7 нижних частот, дискретизаторы 8 и 9, аналого-цифровые преобразователи 10 и 11, блок 12 вычислений дискретного преобразования Фурье, квадратор 13, блок 14 определения с метрии, вычислитель 15 и генератор 16 сигналов дискретизации, швы 17 и 18 гармонических сигналов измеряемой частоты и , импульсных сиг налов измеряемых частот следования. Формирователь 5 импульсов содержит дифференцирующие цепи, пороговое устройство и генератор импульсо Переключатель 4 представляет собой механическое коммутирующее устройство на два положения и три направления. Блок 14 определения симметри вырабатывает импульс наличия симглет рии при равенстве нулю площади асим М1етрии в точке максимума спектра; где tJ количество отсчетов спектра на скользящем частотном интервале (ширина скользя щего частотного окна -текущее положение оси симметрии частотного окна на оси частот; .j -отсчеты спектра слева и справа от оси симметрии окна, и содержит оперативное запоминаТ1цее устройство объемом j+1 слово для запоминания отсчетов спектра на скользящем частотном интервале и арифметическое логическое устройство, реализующее вычисления по указанному алгоритму, хранящемуся в собственном постоянном запоминающем устройстве . Вычислитель 15 содержит арифметическое логическое устройство, оперативное запоминающее устройство, постоянное запог« нающее устройство, схему синхронизации и реализует вычисления по итерационному алгоритму выделения первых ненулевых частот максимумов спектра в спектре импульсных сигналов. Цифровой панорамный измеритель частоты работает следующим образом. Импульсный сигнал с шины 18 поступает на формирователь 5 импульсов, который по каждому, например положительному, фронту входных импульсов вырабатывает импульс фиксиоованной длительности и амплитуды. Формирователь 5 И14пульсов преобразует входной сигнал (фиг.2а), состоящий из двух асинхронных периодических сигналов с периодами Т. и ампли1 2 тудами А и А-2 соответственно в им- . пульсы постоянной амплитуды и длительности (фиг. 26/, временное положение которых соответствует положительному фронту Бледных импульсов, В режиме измерения частоты следования переключатель 4 подключает вход одного из фильтров нижних частот, например фильтра б, к выходу формирователя 5 и закорачивает вход другого фильтра. Фильтр б и 7 обеспечивает выделение низкочастотных составляющих спектра импульсного сигнала в диапазоне 0-Fj-p, равном ширине полосы пропускания указанных фильтров. Дискретизаторы 8 и 9 дискретизируют по времени компоненты низкочастотного сигнала с шагом Дс 1/2Fpp, задаваемым генератором 16. Аналого-цифровые преобразователи 10 и 11 преобразуют дискретные значений компонент-сигнала в цифровую фори, Блок 12 вычислений дискретного преобразователя Фурье по N отсчета. форишрует N отсчетов его комплексного Фурье-спектра в диапазоне 0-2 F,-p с шагом по частоте uf 1/Tg , где Т|Д - время анализа входного сигнала. Отсчеты комплексного спектра поступают на квадратор 13, а их аргумент - на второй вход вычислителя 15. Спектр мощности нормированного по амплитуде и длительности входного сигнала (фиг. 2в) анализа

руется на скол ьзкщем частотном интервале (фиг. 2г) в блоке 14 определения симметрии и в результате на втором выходе появляется логический сигнал наличия симметрии (фкг.2д) . После проверки частот симметрии на кратность уже имегадимся н спектре частотам повторения вычислитель 15 производит выделение частот следования на интервалах определяемых сигналов размещения Сфиг,2е).

Спектр мощности импульсного сигнала пропорционален амплитуде импульса и обратно пропорционален его длительности. Поскольку значения указанных параметров заранее неизвестны, то при непосредственном формировании спектра входных импульсных сигналов спектрами сильных сигналов возможно накрытие спектров энергетически слабых сигналов спектрами сильных сигналов, что может привес(ти к ошибке измерения частоты или к полному маскированию спектров слабых сигналов. Поэтому для увеличения динамического диапазона измерителя чатоты в режиме измерения частоты следования амплитуды импульсов формирователя 5 выбирается равной частному от деления . модуля максимального входного напряжения дискретизатора на коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания, а их длительность равна длительности интервала дискретизации t.

При наличии на третьем входе блока 15 логического сигнала, устанав.ливакадего режим измерения частоты следования, блок 15 накапливает информацию о минимальных некратных частотах симметрии, соответствующих частотам повторения исследуемых импульсных сигналов, проверяет каждуюновую частоту, симметрии на кратность уже измеренным и в случае некратности выдает вычисление точного значения частоты следования.

В режиме измерения частоты гармонических сигналов в вычислителе 15 формируется сигнал разрешения вычисления.точного значения частоты в момент появления признака симметрии независимо от числа измеренных частот.

Предлагаемое изобретение позволяет выделить частоты максимумов главных лепестков спектров оси симметри гладких (в случае гармонических сигналов) и негладких (в случае импульсных сигналов) конечных отрезков спектров, положение которых на оси часjroT соответствует грубым оценкам частот повторения, и в режиме измерения частот следования исключить ложные отсчеты частот, кратных частоте следования. Кроме того, вследствие нор tиpoвки импульсов измеряег ых частот следования формирователем импульсов повышается динамический диапазон измерителя частоты. Таким образом осуществляется измерение частот гармонических колебаний и частот следования асинхронных импульсных сигналов, т.е. имеет место расширение функциональных возможностей цифрового панорамного измерителя частоты.

Формула изобретения

Цифровой панора1глный измери15тель частоты, содержсодий вычислитель, два смесителя, первые входы которых соединены с шиной гармонических сигналов измеряемой частоты, вторые входы подключены к выходам

0 квадратурного генератора, и два иден.тичных параллельных канала, образованных последовательно соединенными фильтром нижних частот, дискретиза-тором и аналого-цифровым преобразователем, выходы которых соединены с

5 соответствующими входами блока вычислений дискретного преобразования Фурье, первый выход которого соединен со входом квадратора, вторые входы дискретизаторов каждого канала

0 соединены с выходами генератора сигналов дискретизации, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения, панорамного из5мерения частоты следования одного или нескольких асинхронных сигналов типа прямоугольных видеоимпульсов, в него введены дополнительно формирователь импульсов, переключатель

0 режимов измерения и блок определения симметрии, вход которого соединен с выходом квадратора, а выход подключен к первому входу вычислителя, второй вход вычислителя соединен со вторым выходом блока вычислений

5 дискретного преобразования фурье, а третий вход вычислителя подключен к первому выходу трехвходового переключателя режимов измерения, остальные два выхода которого соединены с

0 входами соответствующих фильтров нижних частот каждого канала, а входы подключены к выходам соответ:ствую1цих смесителей и к выходу формирователя импульсов.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 499537, кл. G 01 R 23/16, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР

0 № 569961, кл. G .01 R 23/00, 1976.