Многоканальный релейный спектроанализатор

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕЛЕЙНЫЙ СПБКТРОАНАЛИЗАТОР, содержащий первый и второй компараторы, первые входОл которых соединены с выходами сооТ ветственно первого и второго генераторов равномерно распределенного Шума, генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к управляющие входам первого и второго компараторов и тактовому входу счетчика тактов, выходы разрядов которого соединены с первым входом первого дешифратора и. первым входом дешифратора кода аргумента, первый выход которого соединен с первь входом второго дешифратора , выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу коммутатора , управляющий вход которого объединен с вторым входом дeшиф pa .тора кода аргумента и подключен к второму выходу генератора тактовых импульсов, выход старшего разряда счетчика тактов соединен с входом функционального преобразователя вида entC С eiп хД , выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к второму выходу дешифратора кода аргумента, третий вход первого дешифратора соединен с выходом блока сравнения, информационный выход блока памяти подключен к второму вхрду первого сумматора, а вторые входы первого и второго компараторов являются соответственно первым и втоpbw информационньами входами спектроанализатора , отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и повышения быстродействия, в него введены первый и второй масштаб (Я ные усилители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, второй cyivMaTop и второй дешифратор,первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый и второй входы которого подключены к выходамсоответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей,входы которллх подключены к выходам соответственно первого и второго масмтабных :о усилителей, входы которых являются соответственно первым и вторьм инфор .мационнымивходами спектроанализатора выход второго дешифратора соединен с третьим входом первого сумматора, ЭО выход старшего разряда счетчика такIтов подключенк управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей-, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с вторьм и третьим входами второго дешифратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(5)) G 06 Е 15 332 аОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н ABTÎPCHÎMÌ С ДЕЧ ЕЛЬСТВУ

ГООУДАРСТВЕККЬ9 КОМИТЕТ СССР

Па ДЕЛАМ ИЗОБ ЧТЕНИЙ И 0ТНРЫТИЙ (21) 3450697/18-24 (22) 14.06.82 (46) 23.10.83. Бюл. Р 39 (72) A.И.Карякин, В.И.Цендеберов и И.И.Якимович (71) Акустический институт им. акад..

Н.Н.Андреева и Московский ордена

Ленина энергетический институт (53) 681 ° 32(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 547774. кл. 6 06 15/332, 1975

2, Авторское свидетельство СССР Ю 840926, кл. Q 06 F 15/332, 1979 (прототип) . (54 ) (57 ) МНОГОКАНАЛЬНЫИ РЕЛЕЙНЫМ

CHEKTPOAHAJlHSATOP, содержащий первый и второй компараторы, первые входы которых соединены с выходами соот+ ветственно первого и второго .генераторов равномерно распределенного шума, генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго компараторов и тактовому входу счетчика тактов, выходы разрядов которого соединейи с первым входом первого дешифратора и первым входом дешифратора кода аргумента, первый выход которого соединен с первьм входом второго дешифратора, выход которого подключен "к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с ииформацйонным .входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу коммутатора, управляющий вход которого обьединен с вторым входом дешифра.тора кода аргумента и подключен к второму выходу генератора тактовых импульсов, выход старшего разряда счетчика тактов соединен с входом функционального преобразователя ви, да Bat PA» С Gi n х1, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к второму выходу дешифратора кода аргумента, третий вход первого дешифратора соединен с выходом блока сравнения, информационный выход блока памяти подключен к второму входу первого сумматора, а вторые входы первого и второго компараторов являются соответственно первым и вторьм информационными входами спектроанализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и повышения быстродействия, в Я него введены первый и второй масштабные усилители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, втоРов сумматор и второадамиаратор,пер-. вый вход которого соединен с вйходом второго сумматора, первый и второй Я входи которого подключены к выходамсоответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго масштабных усилителей, входы которых являются

)соответственно первым и вторьи инфор;мационными входами спектроанализатора, выход второго дешифратора соединен с третьим входом первого сумматора, . выход старшего разряда счетчика тактов подключен- к управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы первого и

1 второго компараторов соединены сост- фв» ветственно с вторьм и третьим входами второго дешифратора.

1049918

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано ,для пострения многоканальных релейных спектроанализаторов случайных стационарных эргодических сигналов с произвольными законами распределения.

Известен многоканальный спектраль-, ный анализатор, содержащий блок центрирования-квантования,; генератор 10 импульсов, коммутатор, блок выбора длины реализации, дешифраторы и счетчики (1) .

Недостатком спектроанализатора является относительно низкая точность)5 измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многоканальный спектральный анализатор, содер жащий блок центрирования-квантования, включающий четыре компаратора, выходы которых соединены с информационными входами дешифратора, входы первого и третьего (второго и четвер" 25 того) компараторов соответственно связаны с первым (вторым) входом устройства с выходом первого (второго) генератора вспомогательных сигналов, входы синхронизации третьего и чет-, вертого компараторов подключены к выходу старшего разряда счетчика тактов и через блок выбора длины реализации соединены с вторым входом блока сравнения, а входы синхронизации первого и второго компараторов подключены к первому выходу генератора импульсов и входу счетчика. тактов, разрядные выходы которого связаны с информационными входами блока формирования кода аргумента, 40 выходы которого соответственно соединены с первым входом блока сравнения и входами дешифратора, остальные входы которого соответственно подключены к выходу нулевого разряда счет- ф5 чика тактов, выходом блока .сравнения и к третьему выходу генератора импульсов, а выход дешифратора через сумматор связан с оперативным запоминающим устройством (сумматор и опе- 50 ративное запоминающее устройство (ОЗУ) выполнены на канальных счетчиках), управляющие входы ОЗУ через коммутатор подключены к второму выходу генератора импульсов и -входу синхронизации блока формирования . кода аргумента (2) .

Однако применение в таком спектроанализаторе только знаковых функций сумм исследуемых и вспомогательных 60 сигналов не позволяет получить достаточно высокую точность измерения при ограниченном времени анализа, а параллельное вычисление только двух частотных диапазонов спект-, 65 ральной плотности ограничивает быстродействие устройства.

Пель изобретения - увеличение точности измерения и повышение быстродействия, т.е. расширение частотного диапазона исследуемых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что, в многоканальный релейный спек троанализатор, содержащий первый и второй компараторы, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго генераторов равномерно распределенного шума, генератор тактовых импульсов, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго компараторов и тактовому входу счетчика тактов, выходы разрядов которого соединены с первым входом первого дешифратора и первым входом дешифратора кода аргумента, первый выход которого соединен с первым входом второго дешифратора, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с информационным входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу коммутатора, управляющий вход которого объединен с вторым входом дешифратора кода аргумента и подключен к второму выходу генера" тора тактовых импульсов, выход старшего разряда счетчика тактов соединен с входом функционального преобразователя вида en (Ar C s n xj выход которого подключен к первому входу блока сравнения, второй вход . которого подключен к второму выходу дешифратора кода аргумента, третий вход первого дешифратора соединен с выходом блока сравнения, информационный выход блока памяти подключен к второму входу первого сумматора, а вторые входы первого и второго компараторов являются соответственно первым и вторыми информационными входами спектроанализатора, введены первый и второй масштабные усилители, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, второй сумматор и второй дешифратор, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора, первый и второй, входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго аналого-цифровых преобразователей, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго масштабных усилителей, входы которых являются соот ветственно первым и вторым информационными входаьи спектроаналиэатора, выход второго дешифратора соединен с третьим входом первого сумматора, выход старшего разряда счетчика тактов подключен к управляющим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы перво1049918 мя „„=lNls»» .гк

Р„ при cos у„Я>0, при других».к

I, при 5»»» гм1 О при других к го и второго компараторов соединены соответственно с вторым и третьим. входами второго дешифратора.

На чертеже изображена структурная схема многоканального релейного спектроанализатора.

Спектроанализатор содержит первый компаратор 1, генераторы 2 и 3 равномерно распределенного шума, генератор 4 тактовых импульсов, первый дешифратор 5, счетчик б тактов, дешиф40 ратор 7 кода аргумента, блок 8 сравнения, функциональный преобразователь вида ем(. а сь»п х j 9, первый сумматор 10, второй дешифратор 11, вто:рой сумматор 12, блок 13 памяти (ОЗУ), коммутатор 14, масштабирующие усилители 15 и 16, аналого-цифровые преобразователи (AIIII) 17 и 18 и второй компаратор 19.

B спектроанализаторе определяет,- 20 ся 2 M ординат синфазной Cxy (» ) и

2 M ординат квадратурной Qxy () составляющих оценки взаимной спектральной плотности 5x„(» ) = waxy()- j gxy () случайных, стационарных, цен триро- 25 ванных сигналов X(E.) и ) (t) на частотах т„= 16 /2 М, где» = 0,1

2 М, 16 — высшая частота исследуемых сигналов, по ММ отсчетам каждого сигнала за время » =МНУ, где d = 1/21ц, 30 с — интервал дискретизации исследуемых сигналов по оси времени. При вычислении спектральной плотности используются вспомогательные сигналы и 4, независимые друг от друга 35 и от исследуемых сигналов, имеющие равномерную плотность распределения в границах изменения исследуемых сигналов /х/(A, /)/ Ад.

Многоканальный релейный спектроанализатор работает следукщим 40 образом.

Исследуемые сигналы Х() и g (4) в моменты прихода тактовых импульсов с первого выхода генератора 4 импульсов, частота следования которых45

f » 1/d, сравниваются соответственно в компараторах 1 и 19 с вспомогатель»ыми сигналами Е» и 1 . С выходов компараторов значения

50 („„, -» f0, при Х Б» (1,при к+2» 6с 0,, Ь;,„=фМ; )) ) О, при )+Е >0, 55

) 1, при 1 «Е О поступают на входы второго деиифратора 11.

Импульсы с первого выхода гене- 60 ратора 4 подаются на вход Ф -разрядного (2 =М ) счетчика б тактов, где с частотой 1» формируется двоичный код номера такта вычисления) =()» ».- о, )»=0»„,(М-»).Вычисление спектральной плот у ности производится за И циклов, каж". дый из которых состоит из М тактов.

Импульсы начала цикла, частота которых f = f» IМ с выхода старшего разряда счетчика б тактов поступают на вход блока 9 (выбора длины реализации и на входы AIIII 1.7 и 18, на инфор- . мационные входы которых с выходов масштабирующих усилителей 15 и 16 поступают соответственно сигналы

E = Д х и Э= А»g, которые в AIIII 17 и

18 в моменты времени М; d преобразу", ются в многоразрядные коды E.„ и D .

B сумматоре 12 формируются суммы (E» «О„ ) (Е;+э; ) (Е;-Р; ) и (-Е; — 0; ), которые, в зависимости от значений и » «» .иЪ„,„, .передаются на выходы второго дешифратора 11 °

На третий и четвертый входы сумматора 10 с выходов второго дешифратора

11 поступают соответственно суммы ;, =E Í ""+ t> (-<) "" и @.

=е;(-1 " -Р,.(- )

Так как за суммы и разности оценок взаимных корреляционных функций можно принять суммы л л q»»-»

Rx (kh, х((hi= — „X V

Rxq () a)-»Igx(kg) = g W

"»=о то оценки составляющих взаимной спектральной плоскости имеют вид л д " »м-» х ("l I»," Е О „Ч.кс05 — »

»0 ко " 2w

»»-» м-»

Qx>(>1 = — „Z. Е И;„ л" —" г де, О, при к=0, » — четном

Я. К

1 - в остальных случаях.

Заменив усреднение по N усреднением Ho N» „x=(N(cog — Qj) и,. введя переменные 1 при j(g (О, при i g

Мак

», к = 2ь/М и преобразовав тригонометрические функции с учетом соотношений cos —,= l»î -»)к cos»:q -(») "о. б»яЯ =ко (-») °,где ко, и к» - соот1049918

15

30

Заказ 8428/47

706 Подписное ветственно нулевой и первый разряды двоичного числа к, получим

Н-«М-4

С ().У7 K e,„„í;„„÷,„(-q

«аО Каб

a Н-«М-«

С. (М- )- Л K «к((,Н;„„+

«**0 м0, k с 3ч ° (4)к е(k ь л Н-«и-« с„„(м «) уg г < («0 „0 ". о «n««

" ... .;„и (..,., >< л Н-«М-« с„„(2ц „),о «О ко «" «««««(«)

««-«м.« «м (« ) / ц. W ф«к

Н-«м-« («оС„к1"; (-0" " " (.6,.) л Н-«и-« (ч(")=у,й. x. (k g0 ««к

+ koCi;z<) Щ. («) Ьо"«g«kg><)

1 л ««-«м-«

Q g g И М - ««) г II где г =O,l, ..., (М/2

В дешифраторе кода аргумента с $ Mf q /2 формируются значения b |„„g и двоичный код

35 ,числа Р такого, что

СО5 — o =(С05 ««(«ъ 0М. м2 (. дм (г. ° °

В блоке 9 (выбора длины реализации) .. формируется двоичный код чис- 40 ла 0 таicdi о, что" (N sin — ß) « (« ; и «) «-<> « (- «3+ где « - номеР цикла вычисления, Рав- 45 ный количеству импульсов, поступивших в блок 9 со старшего разрядногр выхода счетчика б тактов.

Числа р и 0 сравниваются в блоке 8 сравнения, значейия Н«„„ и

G «>«« равны единице, если соответственно,рс0 И ц с р.

Режим работы сумматора 10 (сложение, вычитание, прибавление нуля) определяется выходным кодом первого дешифратора 5, на 1, 2, ..., 6-й входы которого ноступают соответст.венно значения ko ««o, «««g ««,Н;„к. и Q;„„, Иэ блока 13 йа второй вход сумматора 10 поступают текущие суммы составлякщих взаимной спектральной плотности, где к ним добавляется одно слагаемое, и результат снова записывается в блок 13. Номера опра" шиваемых ячеек блока 13, в которых хранятся текущие суммы составляющих спектральной плотности, задаются двоичным кодом «, формируемьв« в коммутаторе 14 с частотой fg . За один такт работы устройства, равный времени прохождения И/2 (в известном уст-. ройстве И) импульсов со второго выхода генератора 4 импульсов, обновляются все текущие суммы.

Вычисление заканчивается через(« циклов. Для получения оценок составляющих взаимной спектральной плотности достаточно содержимое ячеек блока 13 умножить на коэффициент пропорциональности $ .

Применение в многоканальном релей- . ном спектроанализаторе многоразрядных значений исследуемых сигналов, сохраняя простоту известного устройства (отсутствуют операции умножения многоразрядных.чисел) позволяет значительно повысить точность измерения (в зависимости от исследуемых сигналов в 5-10 раз) и делает ее соизмеримой с точностью спект-. роаналиэаторов, реализукщих преобразование Фурье корреляционных функ ций, вычисленных релейным с вспомогательньв«и сигналами методом.

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная,4