Анализатор спектра Советский патент 1982 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа сигналов и распознавания образов. Известны анализаторы спектра, содержащие масштабирующий блок, бло запуска, генератор ортогональных функций и интегрирующи(Э блоки по числу коэ(1)фициентов разложения l. Однако они сложны, точность и диапазон анализируемых частот их недостаточны. Наиболее близким техническим решением является устройство, содержа щее масштабирующий блок, генератор функций Уолша, интегрирующие блоки, инвертирующие блоки и ключи 2. Недостатком известного устройства является большое время анализа из-за многократных вычислений коэффициентов разложений. Цель изобретения - увеличение быстродействия анализатора. Эта цель достигается тем, что анализатор спектра, содержащий масштабный блок с регулируемым коэффициентом передачи, вход которого соединен с входом анализатора, многоканальный масштабный блок с регулируемым коэффициентом передачи и блок интеграторов, дополнительно снабжен тремя управляемыми матрицами коммутирующих элементов, коммутатором аналоговых сигналов, блоком управления, запоминающим блоком, аналого-цифровым преобразователем, блоком времени, блоком извлечения квадратного корня, блоком эталонных напряжений, суммирующим блоком и дополнительными масштабным блоком и многоканальным масштабным блоком с регулируемыми коэ(1)фициентами передачи, причем выход масштабного блока соединен с соответствующим входом первой матрицы, группа выходов и первая группа входов которой, подключенная к группе входов блока ин3теграторов, связаны между собой через последовательно соединенные мно гоканальные масштабные блоки и вторую матрицу, группа выходов блока интеграторов соединена с группой вх дов коммутатора, вход которого связан с выходом дополнительного масштабного блока, а выход - с первой группой входов третьей матрицы через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и запоминающий блок, соответствуюи ая группа выходов второй матрицы через суммирующий блок связана с бходом дополнительного масштабного блока, вход анализатора соединен через блок времени с второй группой входов третьей матрицы, третья группа входов которой подключена к группе выходов блока извлечения квадратного корня, а группа выходов - к группам кодовых входов масштабных и многоканальных масштабных блоков, блока интеграторов и аналого-цифрового преобразователя, группа выходов блока эталонных напряжений соединена с второй группой вход первой матрицы,и соответствующей группой входов второй матрицы, выхо ды блока управления связаны с соответствующими управляющими входами матриц, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, масштабиьнх и многоканальных масштабных блоков, блока интеграторов, запоминающего блока , блока времени , блока эталонных напряжений и блока извлечения квадратного корня. На чертеже приведена структурная схема анализатора спектра. Анализатор спектра содержит масштабный блок 1 с регулируемым коэффициентом передачи, управляемую матрицу 2 коммутирующих элементов, многоканальные масштабные блоки 3 и с регулируемыми коэффициентами передачи, управляемую матрицу 5 коммутирующих элементов, блок 6 интеграторов, суммирующий блок 7, блок 8 времени, управляемую матрицу 9 коммутирующих элементов, запо минающий блок 10, блок 11 управления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, коммутатор 13, мает штабный блок 1 с регулируемым коэ фициентом передачи, блок 15 эталон ных напряжений, блок 1б извлечения квадратного корня. Анализатор спектра работает следующим образом. Под действием сигналов блока 11 устанавливаются в исходное состояние все блоки анализатора спекгра. Затем в блоке 16 определяется величина Т, где Т - время анализа и по разрешающим сигналам блока 11 устанавливаются коэффициенты передачи блоков 1, 3, , 6 , аналого-цифрового преобразователя 12 величинами h. /-/Т, в соответствии с О41 ОЫ 14 Ну2 О пл-i П, 1, 2,...,т (величины h, О31 041 об-« -f4 2. опредеПпл -i t Иллч П . ляются заранее, исходя из достижения необходимой точности вьГчисления коэффициентов Фурье, а их двоичные коды хранятся в блоке 10, а также частота следования импульсов генератора блока 8 времени в соответствии с временем Т. При установке названных коэффициентов передачи по управляющим сигналам блока 11 к группе выходов матрицы 9 подключается группа выходов блока 10, из которого затем вызываются двоичные коды значений устанавливаемых коэффициентов передачи и подаются на соответствующие группы кодовых входов перечисленных выше блоков и аналого-цифрового преобразователя 12. Далее сигналы блока 11, присутствующие на управляющих входах матриц 9, 5 и 2 изменяются таким образом, что от группы выходов матрицы 9 отключается группа выходов блока 10 и подключается к группе входов матрицы 9 группа выходов блока 8, к первой группе выходов матрицы 5 - группа выходов блока, , к группе выходов матрицы 2. - выход блока 1 и первая группа выходов матрицы 5. При этом через матрицы 2 и 5 к первому входу блока 3 подсоединяется выход блока 1, к каждому i-му входу этого блока (-1)-ый выход блока k (, J,,.., m), ,a при наличии разрешающего сигнала блока 11 появляется возможность изменения коэффициентов передачи каналов блока 3. Поступающий на вход анализатора спектра сигнал y(t) вызывает появление импульса на выходе устройства запуска блока 8. При этом на выходах блока 8 времени появляются кусочно постоянные сигналы, принимающие на участках постоянства значения, соответствую щие 1 или О. В процессе подсче та синхроимпульсов блоком 8 изменяются коэффициенты передачи каналов блока 3 (начиная со второго канала) и осуществляется преобразо вание сигнала y{t). При этом на вы ходах блока 1 и первого канала блоков 3 и присутствуют сигналы, про порциональные по величине .yo(t) y(t); УО (t)f o3iyo-i(tb Уо41 041УоИ)Каждый 1-ый выходной сигнал блок А Через матрицу 5 поступает на соответствующий вход блока 6,где преобразуется в соответствии с выражением t yo6(t), (t)dt, , 2, .,., m. В конце интервала анализа сигнала y(t) (в момент времени ) по сигналу блока 11«производится фиксация напряжений. (Т); i l, 2m, значения которых (с заданной погреш ностью) соответствуют значения мосигналаментов Z - Wi 4- Jf у - - В конце интервала анализа сигнал также по сигналам блока 11 производится сброс в нулевое состояние сче чика и останов задающего генератора блока 8 времени, отсоединение выходов блока 8 от группы выходов матрицы 9 и подсоединение к указанной группе выходов блока 10. Затем, последовательно через коммутатор 13 подаются на вход аналого-цифрово го преобразователя 12 фиксированные напряжения Z , которые в нём после масштабирования в соответствии с коэффициентом передачи . преобразуются в двоичные коды. Последние поступают в блок 10, где и аапоминаются. Далее устанавливается в исходное состояние блок б, а на группу кодовых входов блока 3 через мат рицу 9 из блока 10 при наличии -раз решающего сигнала блока 11 поступаю двоичные коды преобразованных напряжений , которые устанавливают в блоке 3 соответствующие коэффициенты передачи. Из блока 10 вызыва ются также двичные коды табличных коэффициентов а-. (1 1, 2, для определения коэффициента к бази ной системы, и по ним в блоках k и Н устанавливается соответствующие 1 и а, коэффициенты пеп значениям а ч редачи при наличии разреша)СМ1его сигнала блока 11. Под действием управляющих сигналов блока 11 отсоединяются от группы выходов матрицы 2 первая группа выходов матрицы 5 и выход блока 1, от первой группы выходов матрицы 5 группа выходов блока и подсоединяются к группе выходов матрицы 2 группа выходов блока эталонных напряжений 15 к второй группе выходов матрицы 5 группа выходов блока . При этом через матрицы 2 и 5 к группам входов блоков 3 и 7 подключаются соответственно напряжения блока 15 и выходные сигналы блока k. Величины напряжений, снимаемых с выходов блока 15, могут изменяться под управлением сигналов блока 11. Указанные величины вь ираются исходя из требования получения необходимой точности определения коэффициентов Фурье. Выходное фиксированное напряжение и блока 15 преобразуется в блоках 3 и t в соответствии с выражением V (i-1, 2, На основе полученных при и I формиW , в блоках 7 напряжении п. напряжение руется -f - 4, i .. Сформированное на выходе блока напряжение через коммутатор 13 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 12. Полученный при этом после масштабирования двоичный код величины и соответствует первому коэффициенту полинома. Указанный код поступает в блок 10, где и запоминается. После определения т.величин коэффициентов полинома их двоичные коды вызываются из блока 10. Согласно этим кодам по разрешающему сигналу блока Т1 изменяются коэффициенты передачи каналов блока 3- Далее, исходя из необходимой точности определения коэф-фициентов Фурье перестраиваются и коэффициенты передачи блока 1 и аналого-цифрового преобразователя 12. Дальнейшие процедуры, выполняемые анализатором спектра с целью определения обобщенных коэффициентов Фурье на основе коэффициентов полинома, осуществляются многократно (по числу базисов набора). При этом при определении каждого S-ro коэффициента разложения для к-го базиса набора из блоков 15 и 10 вызываются соответственно напряжение VM 2, ..., п) и двоичные

Щ..

(j.f,2,...,w;s-(,2,..,, ,

ортонормированных на интервале tO,j базисных сигналов (x) к-ой сис.темы указанного базиса.

Под действием этих двоичных кодов каналы блока настраиваются на соответствующие коэффициенты передачи,. Вызванное из блока 15 напряжение в блоках 3 f 7 и I преобразуется в напряжение, пропор1 4ональное по величине ,

E.KS--45- H j KisCS-H,aИ)

и соответствующее определяемому коэффициенту Фурье.

Последнее через коммутатор 13 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 12, где масштабируется и преобразуется в двсхичный КОД вычисляемого коэффициента, который поступает в блок 10, где и запоминается.

Величины моментов подсчитываются заранее и совместно с табличными ко эффициентами , a;(j 1, 2, ... «n хранятся в блоке 10.

Эффективность предложения состои в том, что оно позволяет ускорить процесс определения коэффициентов Фурье анализируемого сигнала по базисам набора за счет того, что привычислении указанных коэффициентов анализ сигнала производите один раз на интервале наблюдения (при определении указанных коэффициентов с помощью прототипа анализ сигнала производится п раз, где п - количество базисов набора). Нахождение величин групп искомых коэффициентов Фурье (количество групп п, количество коэффициентов в группе пг) производится с помощью быстро выполняемых операций весового суммирования на основе результатов однократного анализа полученнь1х величин коэффициентов полинома. При этом время определения обобщенных коэффициентов Фурье оказывается соизмеримым с временем наблюдения сигнала, что приблизительно в п раз экономит энергоресурсы источника анализируемого сигнала.

Формула изобретения Анализатор спектра, содержащий масштабный блок с регулируемым .

коэффициентом передачи, вход которого соединен с входом анализатора, многоканальный масштабный блок с регулируемым коэффициентом передачи и блок интеграторов, отличающийся тем, что, с целью уве личения быстродействия анализатора, он снабжен тремя управляемыми матрицами коммутирующих элементов, коммутатором аналоговых сигналов, блоком управления, запоминающим блоком, аналого-цифровым преобразователем, блоком времени, блоком извлечения квадратного корня, блоком эталонных напряжений, суммирующим блоком и дополнительными масштабным блоком и многоканальным масштабным блоком с регулируемыми коэффициентами передачи, причем выход масштабного блока соединен с соответствующим входом первой матрицы, группа выходов и первая группа входов которой, подключенная к группе входов блока интеграторов , связаны между собой через последовательно соединенные многоканальные масштабные блоки и вторую матрицу, группа выходов блока интеграторов соединена с группой входов коммутатора, вход которого связан с выходом дополнительного масштабного блока, а выход - с первой группой входов третьей матрицы через последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь и запоминающий блок, соответствующая группа выходов в торЬй матрицы через суммирующий блок связана с входом дополнительного масштабного блока, вход анализ.атора соединен через блок времени с второй группой входов третьей матрицы, третья группа входов которой подключена к группе выхоДов блока извлечения квадратного корня, а группа выходов - к группам кодовых входов масштабных и многоканальных масштабных блоков, блока раторов и аналого-цифрового преобразователя , группа выходов блока эталонных напряжений соединена с второй группой входов первой матрицы и соответствующей группой входов второй матрицы, выходы блока управления связаны с соответствующими управляющими входами матриц, коммутатора, аНалого-цйфрового преобразователя, масштабных и многоканальных масштабных блЬков, блока интеграторов, запоминающего блока, блока аремени, блока эталонных напряжений и блока извлечения квадратного корня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Г. Ван Трис.Теория обнаружения, оценок и модуляции. М., Советское радио, 1972, с. 208.

2.Авторское свидетельство СССР tf i 80993, кл. G 01 R 23/16, 1975.