Цифровой спектроанализатор Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

(54) ЦИФРОВОЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиопеленгашш, радиолокации и других областях техники, где необходимо проводить анализ спектра сигналов. Известны анализаторы- спектра, построенные на использовании быстрого преобразования Фур и содержащие аналого-цифровые преобразователи, умножители, сумматоры, преобразователи кодов, логические элемейты, блоки памяти, соединенные по схеме процессора {1. Недостатком зтих анализаторов являются чрезмерно большие затраты оборудования в случаях, если преобразование необходимо производить в реальном масштабе времени, либо недостаточное быстродействие. Известен цифровой спектроанализатор, в котором используется дискретное преобразование Фурье, содержащий блок синхро1шзации, аналого-цифровой преобразователь, блок умножения, блоки постоянной, динамической и долговременной памяти, блок управления адресом выборки, сумматоры, дешифратор, формирователь блок вычисления спектральных козффициентов и управляемые вентили {2. Недостатком известного устройства является низкая точность, которая обусловлена мешающим влиянием боковых лепестков при обработке прямоугольного радиоимпульса и малое быстродействие, определяемое операцией умножения и формирования опорных функций. Кроме того, известное устройство не позволяет измерять фазовое распределение спектральных составляющих сигнала. Цель изобретения - повышение точности и бь1стродействия. Указа1шая цель достигается тем, что цифровой спектро ана1шзатор, содержащий аналогоцифровые преобразователи, сумматор, блок управления и синхронизации и блок вычисления, снабжен m л смесителякш, синтезатором гетеродинных сигналов, m блоками запоминания и коммутации, блоком преобра:)ования информации, двухэ рядным счетчиком, блоком весовой обработки, блоком коммутации выборок, блоком анализа знака, сдвигающим регистром, счетчиком Bbi6opok и элементом , . 3 причем первые входы всех смесителей соединены, вторые входы подсоединены соответствен но к выходам синтезатора гетеродинных сигналов, а выходы каждого из tn групп смесителей соединены соответственно с входами блоков коммутации, выходы каждого из m блоков запомина1шя и коммутации через соответствующий аналого-цифровой преобразователь Подсоединены к входам блока преобразования информации, управляющие входы блоков запоминания и коммутации соединены с одним из выходов блока управления и синхро низации и через счетчик выборок - с одним из входов элемента сравнения, а через двухзарядный счетчик - с из входов блока анализа знака, второй вход которого соединен с знаковым выходом блока преобразования ийформации, выход которого через блок весовой обработки соединен с одним из входов блока коммутации выборок, второй вход которого соединен с выходом блока анализа знака, а выход - с од1шм из входов сумматора, второй вход которого через сдвигающий регистр присоединен к его выходу и одному из входов блока вычисления, второй вход которого соедапен с выходом элемента сравнения, своим вторым входом подсоединенного ко вто рому выходу блока управления и синхронизации, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого соеданены соответственно с входами сиихронизашш блока преобразования информации, управляющими входами аналогоци|)ровых преобразователей, синтезатора гетеро динных сигналов и блока весовой обработки. Структурная схема цифрового спектроанаяизатора приведена на чертеже. Цифровой спектроаиализатор содержит следующие фупкшюиальные узлы, смесители l-H-l-m-n, синтезатор 2 гегеродшщых сигна лов, блоки 3- 1-3-т, аналого-цифровые преобразователи -т, блок 5 преобразования информа;у1и, двухзарядный счетчик 6, блок 7 весовой обработки 7, блок 8 коммута ции выборок, блок 9 анализа знака, сумматор 10, сдвигающий регистр. 11, счетчик 12 выборок, элемент 13 сравнения, блок 14 вычисления и блок 15 управления и синхронизации. Устройство работает следующим образом. На первые входы смесителей 1-11-1-т-п - f, поступает анализируемый сигнал f,, , a на втоГУ ЛЧО .i - гитдплггничыр ЛИГНЯПЫ ПТ Г ИНТЙЗа рые входы - гетероданные сигналы от синтеза тора 2 гетеродинных сигналов с частотами fj-f . Гетеродинньге частоты формируются син тезатором 2 гетеродинных сигналов в соответствии со следующим выражением: f. fo ((n-1) -ь (m-1),, гдеAf - величина расстановки фи тровых сигналов ПС «йст .те;. 0 номер смесителя в группе; номер группы смесителей; fo - начальная частота. Величина Af задается от блока 15 управления и синхронизации и поступает на синтезатор 2 гетеродинных сигналов. Начальные фазы гетеродинных сигналов в момент начала измерения устанавливаются равными нулю. Преобразованные сигналы от смесителей 1-11 - 1-1-п и 1 - т-1 - 1 - m-n поступают соответственно на блоки 3-1 - 3-т запоминания и комму1ации выборок, где производится дискретизация и запоминание мгновенных значений выборок сигнала по импульсу кодирования Т, , поступающему от блока 15 управления и синхронизации. Запомненные велишны выборок последовательно во времени в каждой группе и параллельно по группам с частотой п Т, подают(;я на входы соответствующих аналого-цифровых преобразователей 4-1 - 4-т, где производится преобразование запомненных выборок в код Х1. Число смесителей в группе определяется следующим соотношением: Н , АI/ И ЭЛЛ где Л1 - интервал дискретизации; 7 - время преобразования аналогоцифрового преобразователя. Коды выборок выхода аналого-цифровых преобразователей 4-1 - 4-т поступают на блок 5 преобразования информации, на выходе которого с тактом тпТ, образуются последовательно во времени выборки X J , модули которых поступают на блок 7 весовой обработки, где производится их умножение на весовые коэффициенты г/ , апроксимирующие заданную весовую функцию (например, функцию Хэммиш-а). Прямые и инверсные коды постзшают на блок коммутации выборок 8, управление которым производится выходным сигналом с блока 9 анализа знака. на первый вход которого поступает знак выборок X iJ , а на второй его вход меандр от дсухразрядного счетчика 6 с частотой, равной 1/4 Тц и определяющей знак опорных функций. На выходе блока 8 коммутации выборок 8 образуются прямые иди обратные коды в зависимости от произведения знака хЦГ и знака опорных функций, то есть на выходе блока 8 коммутации выборок образуются произведения выборок сигнала на опорные фунM-i-v/A i i iv v i/uiv v«i na l.llUi/IlDlv Шу n v 1,л „ vwn . , « . JftViH . . .. кияи a.,Xu cosciJokAt и flficXvJ sttwnkAt, пои.К К , при чем ooswokAt и sinwokAt принимают только значения ±1. Полученные произведения поступает на сумматор 10, который совместно со С 1вигакящ1м регистром 11, имеюишм 2mn разрядов по сдвигу, производят следующие опеpaiuut: ).б1исг;оК Ъ, -- а IC-0 где Р - число выборок в интервале накопле ния. Время операции умножения значения выбор ки сигнала на выборку опорной функции опр деляется одним тактом работы сумматора Ю, таким образом, число групп М можно опреде jfflTb по формуле V t где т 2 - время работы сумматора 10, facno Р задается с блока 15 управления и синхронизации, которое поступает в виде кода на один из входов элемента 13 сравнения, а на другой вход которого выдается текущий код числа выборок со счетчика 12 выборок. С момента поступления импульса сравнения от злемента 13 сравнения иа блок 14 вычисления производится вычисление амплитуда и фазы сигнала в т-п-ом фильтровом канале по значениям т-и поступающим с сумматора 10 по следуницим формулам: %-„-°- 8г| и. - /дО. . «г Ы-м Р -у vn-и Предлагаемый цифровой спектроанализатор, благодаря простой перестройке, может быть применен для исследования сигналов с различной разрешающей способностью. Последнее достигается выбором различного числа выборок, Цифровой спектроанализатор позволяет производить измерение фазовых сдвигов между раз личными составляющими спектра исследуемого сигнала, при этом точность и быстродействие выще, чем у известного. Формула изобретения Цифровой спектроанализатор, содержащий аналого-цифровые преобразователи, сз мматор, блок управления и синхронизации и блок вычисления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности быстродействия, он снабжен ШП смесителями, синтезатором гетеродашных сигналов, m блоками запоминания и коммутации, блоком преобразования информации, двухразрядным счетчиком, блоком весовой обработки, блоком коммутации выбо- рок, блоком анализа знака, сдвигающим регистром, счетчиком выборок и элементом сравнения, причем первые входы всех смесителей соединены, вторые входы подсоединены соответственно к выходам сингезатора гетеродинных сигналов, а выходы каждого из m групп смесителей соединены соответственно с входами блоков коммутации, выходы каждого из m блоков запоминания и коммутации через соответствующий аналого-цифровой преобразователь подсоединены к входам блока преобразования информации, управляющие входы блоков запоминания и коммутации соединены с одним из вььходов блока управления и синхронизации и через счетчик выборок - с одним из входов элемента сравнения, а через двухзарядный счетчик - с одним из входов блока анализа знака, второй вход которого соединен с знаковым выходом блока преобразовашя информации, выход которого через блок весовой обработки соединен с одним из входов блока коммутации выборок, второй вход которого соединен с выходом блока анализа знака, а выход - с одним из входов сумматора, второй вход которого через сдвигающий регистр присоединен к его выходу и одному из входов блока вычислеш1Я, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, своим вторым входом подсоединенного ко второму выходу блока управления и синхронизации, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого соеданены соответственно с входами син;;ронизации блока преобразования информации, управляющими входами шалого-цифровых преобразователей, ситезатора гетеродинных сигналов и блока весовойГ обработки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе с 1.Авторское свидетельство СССР-. № 607213, кл. G 06 F 7/38, 1975. 2.AiBTopcKoe свидетельство СССР № 634289, кл. G 01 R 23/00, 1976.