Устройство для спектрального анализа сигналов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства , N цифровых сдвиговых регистров , информационные входы которых подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя , синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя ,, а второй выход - с тактирующими входами цифровых сдвиговых регистров , N в ходовой цифроаналоговый преобразователь, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, и индикатор,.синхро низирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьи выходом синхронизатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа при циклическом измерении спектров, в него введены дополнительно К цифровых сдвиговых регистров, N коммутаторов, количество входов каждого из которых равно K+l, блок масштабирования и решаЗДий блок, причем информационные входы i-ro коммутатора (где i-номер коммутатора и цифрового сдвигового регистра) соединены с выходами i-ro, (i+1)-го,..., (i+Ю-ГО цифровых сдвиговых регистров, а выходы с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, вход блока масштабирования подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход - к входу индикато ра, соответствующие информационные входы решающего блока соединены с. информационными входами дополнительg но введенных цифровых регистров, установочный вход - с четвертым выходом синхронизатора, установочными вход;ами коммутаторов и блока масштабирования , а выход - с управ§ ляющими входами коммутаторов и управляющим входом блока масштабирования . 2. Устройство по п. 1, отлиГО чающееся тем, что решакхций CD СП блок выполнен в виде К триггеров :К обострителей, К -1 элементов ШШ, К-входового элемента ИЖ и К-1 элементов задержки, причем единичные входы триггеров объединены и являются установочным входом решающего ка, входы обострителей подключены к нулевьм выходам соответствующих триггеров, первый вход К-го элемента ИЛИ (где К- номер триггера, обострителя, элемента задержки и эле мента ИЛИ) является К-м информационным входом решающего блока, вход К-го элемента задержки соединен с выходом (К+1)-го обострителя выход - с вторым входом К-го элемен

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСжИХ

РЕСПУБЛИК

3ш G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3526225/24-21 (22) 21.12.82 (46) 15.12.84. Бюл. Ф 46 (72) А.M.Êèðþõèí, Л.П.Коновалова и В.И.Минин .(53) 621.3 17.757(088.8) (56) 1. Goutier Н. Tournois P.

Signa0 Processing Using Surfaceacoustic Vave and Digital Components. — IEE Proc., Pt. F; ч.127,у2

Ф 1980, р. 92-98 (прототип).

- (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, 8 цифровых сдвиговых регистров, информационные входы которых подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя, синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя„ а второй выход †. с тактирующими входами цифровых сдвиговых регистров, 8 входовой цифроаналоговый преобразователь, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, и индикатор,.синхро низирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьи выходом синхронизатора, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности анализа при циклическом измерении спектров, в него введены дополнительно K цифровых сдвиговых регистров, Й коммутаторов, количество входов каждого из которых равно К+1, блок масштабирования

„,SU„„1129544 A и решающий блок, причем информационные- входы j-Fo коммутатора (где

1-номер коммутатора и цифрового сдвигового регистра) соединены с выходами 1-го, (i +1) -ro,..., (+К) -го цифровых сдвиговых регистров, а выходы . с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, вход блока масштабирования подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход — к входу индикато. ра, соответствующие информационные входы решающего блока соединены с информационными входами дополнитель. но введенных цифровых регистров, установочный вход — с четвертым выходом синхронизатора, установочными входами коммутаторов и блока мас- штабирования, а выход — с управляющими входами коммутаторов и управляющим входом блока масштабиро. вания.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что решающий блок выполнен в виде К триггеров

:К обострителей, К -1 элементов ИЛИ, K-входового элемента ИЛИ и K -1 элементов задержки, причем единичные входы триггеров объединены и являют ся установочным входом решающего бло ка, входы обострителей подключены к нулевым выходам соответствующих триггеров, первый вход К-ro элемеита ИЛИ (где К- номер триггера, обострителя, элемента задержки и эле мента ИЛИ) является К-м информационным входом решающего блока, вход

К-ro элемента задержки соединен с выходом (К+1)-го обострителя, выход — с вторым входом К-го элемен1129544 та ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу К-го триггера, вы" ход К-входового элемента ИЛИ является выходом решающего блока, а его входы соединены с соответствующими выходами обострителей.

Изобретение относится к радиотехническим измерениям, предназначено для спектрального анализа сигналов и может быть использовано для измерения спектров радиосигналов при обеспечении перестройки его разрешающей способности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для спектрального анализа 10 сигналов, представляющее собой сочетание цифрового компрессора и дисперсионного анализатора спектра.

Устройство содержит аналого-цифровой преобраэоватЕль, сигнальный вход ко- !5 торого является входом устройства, N цифровых сдвиговых регистров, синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а 20 второй выход — с тактирующими входами цифровых сдвиговых регистров, N-входовый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), дисперсионный анализатор спектра, вход которого подклю- 25 чен к выходу ЦАП, соответствующие входы которого соединены с выходами цифровых сдвиговых регистров, и индикатор, вход которого подключен к выходу дисперсионного анализатора З0 спектра, а синхронизирующий вход соединен с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьим выходом синхронизатора (1)

Для согласования характеристик входных сигналов с параметрами дисперсионного анализатора спектра информация из регистров должна извлекаться с высокой скоростью. При этом к ЦАП предъявляется требование большого быстродействия. Однако чем выше быстродействие ЦАП, тем меньше возможное количество их управляющих входов. В связи с этим оказывается ограниченным динамический диапазон сигналов, которые могут быть преобразованы в ЦАП. Если динамический диа" пазон входного сигнала больше динамического диапазона устройства, то точность анализа существенно зависит от степени согласования верхнего уровня входного сигнала с используемым ЦАП.

Целью изобретения .является повышение точности анализа при циклическом измерении спектров путем согласования информации об уровне входного сигнала с динамическим диапазоном

ЦАП и восстановления истинного уровня сигнала на выходе дисперсионного анализатора спектра.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее аналого цифровой преобразователь, вход кото" рого является входом устройства, N цифровых сдвиговых регистров, информационные входы которых подключены к соответствующим выходам аналогб пифрового преобразователя, синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющим входом аналогоцифрового преобразователя, а второй выход — с тактирующими входами цифр@ вых сдвиговых регистров, И входовой

ЦАП, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу

ЦАП, и индикатор, синхрониэирующий вход которого соединен с синхрониэирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьим выходом син" хронизатора, введены дополнительно К цифровых сдвиговых регистров, N коммутаторов, количество входов каждого из которых равно К+1, блок масштабирования и решающий блок, причем информационные входы i-го коммутатора (где i — номер коммутатора и цифрового сдвигового регистра) соединены с выходами i-ro, (i+1)-го, (1+K)-го цифровых сдвиговых регистров, а выходы — с соответствующими входами цифроаналогового преобразователй, вход блока масштабирования цодключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход — к входу индикатора, соответствующие

3 112 информацйонные входы решающего блока соединены с информационными входами дополнительно введенных цифровых регистров, установочный вход— с четвертым выходом синхронизатора, установочными входами коммутаторов и блока масштабирования, а выход— с управляющими входами коммутаторов и управляющим входом блока масштабирования.

Решающий блок выполнен в виде К триггеров, К обострителей, К-1 элементов ИЛИ,К-входового элемента ИЛИ, и К-1 элементов задержки, причем единичные входы триггеров объединены и являются установочным входом решающего блока, входы обострителей подключены к нулевым выходам соответствующих триггеров, первый вход К-го элемента ИЛИ (где К вЂ” номер триггера, оббстрителя, элемента задержки и элемента ИЛИ) является

К-м информационным входом решающего блока, вход К-го элемента задержки соединен с выходом (К+1)-ro обострителя, выход — с вторым входом К-го элемента ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу К-ro триггера, выход К-входового элемента ИЛИ является выходом решающего блока, а его .входы соединены с соответствующими выходами обострителей.

В предлагаемом устройстве количество цифровых сдвиговых регистров увеличено по сравнению с прототипом, причем в зависимости от амплитуды входного сигнала, информация о котором записывается в эти регистры, с помощью введенных коммутаторов к ЦАП (количество входов N которого такое же, как у прототипа) подключаются только N соответствующих регистров. При этом не происходит ограничение входного сигнала, а меняется его масштаб и динамический диапазон изменения сигнала на выходе ЦАП остается таким же, как в прототипе.. Информация об изменении масштаба амплитуды сигнала фиксируется в решающем блоке, который вырабатывает на своем выходе команду о соответствующем восстановлении истинной амплитуды сигнала, которое производится с помощью блока масштабирования.

На фиг. i и 2 представлены блоксхемы предлагаемого устройства.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, выходы которого соединены с входами цифровых

9544 4 сдвиговых регистров 2-1, 2-2, 2-N, ..., 2-(К-1), 2-К, синхронизатор 3, ЦАП 4, подключенный к входу дисперсионного анализатора спектра 5, индикатор 6, коммутаторы 7-1-7-N, блок масштабирования 8, вход которого подключен к выходу решающего блока 9, триггеры 10-1-10 — К соединены с входами обострителей 11-1-11-К, 10 элементы ИЛИ 12-1-12-(К-1), одни входы которых соединены с выходами элементов задержки 13-1-13-(К-1), входы которых связаны с К-входами элемента ИЛИ 14.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 1., на входах которого появляется цифро. вая информация, соответствующая амплитуде выборок из этого сигнала.

На фиг. 1 количество регистров, соответствующее числу двоичных разрядов числа, характеризующего амплитуду выборки, для определенности положено равным шести (И+К=6).. Информация о выборках записывается в цифровые сдвиговые регистры 2-1,...,2-K с малой частотой F, определяемой из теоремы Котельникова: Г 2bf, 30 где a f — ширина спектра сигнала.

После того, как будут заполнены все ячейки регистровой памяти, на такто- . вые входы регистров подаются импульсы считывания, следующие с высокой частотой, соответствующей полосе обзора дисперсионного анализатора спектра 5, причем преобразование цифровой информации в аналоговую форму производится с помощью ЦАП 4.

40 На фиг. 1 представлен 4-входовый ЦАП (N=4), при этом для определенности полагается, что это максимально возможное число управляющих входов для

ЦАП такого быстродействия. Аналогичное устройство может быть построено и для других значений N и К.

Перед началом работы устройства сигнал с 4 — го выхода синхронизатора поступает на установочные входы решающего блока 9, коммутаторов 7-1, ..., 7-N и блока масштабирования 8, в результате чего обеспечивается исходное состояние этих блоков.. Если амплитуда сигнала на входе устройства не слишком велика и поэтому информация о нем записывается только в первых четырех сдвиговых регистрах 2-1,...,2-N, на входы

3 1129S44 Ь дополнительно введенных регистров 2-(К-1), 2-К в течение всего цикла записи поступают логические нули.

В результате исходное состояние решающего блока 9 не меняется, 5 на его выходе отсутствует команда и коммутаторы 7-1,...,7-N а также блок масштабирования 8 остаются в исходном состоянии. При этом ко входам ЦАП оказываются подключенными 1Î первые входы всех коммутаторов, а блок масштабирования обеспечивает минимальный коэффициент передачи, например A=1/4. В режиме считывания информации из цифровых регистров ана-1q логовый сигнал с выхода ЦАП поступает на вход дисперсионного анализатора спектра 5, и сигнал, характеризующий спектр, через блок масштабирования 8 поступает на индикатор б. 2д

Если амплитуда входного сигнала достаточно велика и информация о нем записывается в пяти регист--,. рах 2-1, ...,2-(K-1), на вход регистра 2-(К-1) в течение цикла записи 2s поступают не только нули, но и единицы. Первый же импульс, соответствующий логической единице, поступает через элемент ИЛИ 12-1 на нулевой вход триггера 10-1 и меняет его ис- зО ходное состояние (фиг, 2).

В результате этого обостритель 11-1 формирует короткий импульс, который через элемент ИЛИ 14 поступает на вьыод решающего блока 9. Этот импульс является командой ьа переключение коммутаторов 7-1,...,7-N и блока масштабирования 8 таким образом, что ко входам ЦАП подключаются вторые входы всех коммутаторов, а блок масштабирования обеспечивает коэффициент передачи в два раза больший исходного, r.e. А=1/2. При этом информация первого регистра 2-1, в котором записывается младший разряд цифрового кода, не используется, а код на выходе коммутаторов соответствует числу в два раза меньшему инстинного. Реальный уровень сигнала восстанавливается с помощью блока масштабирования 8; Восстановление масштаба амплитуды сигнала после ана. лизатора 5 позволяет уменьшить требования к динамическому диапазону дисперсионного анализатора спектра 5, так как при этом его динамический диапазон может не превышать динамический диапазон ЦАП 4.

В случае еще большей амплитуды входного сигнала информация о нем записывается во всех регистрах 2-1,...,2-К, т.е. логические единицы поступают и в дополнительные регистры 2-(К-1) и 2-К. Поэтому изменяется состояние обоих триггеров 10-1 и 10- 2, входящих в состав решающего блока 9 (фиг. 2). На его выходе появляются два коротких импульса, которые являются командой на переключение коммутаторов 7-1, ..., 7-N и блока масштабирования 8 таким образом,. что ко входам ЦАП 4 подключаются третьи входы всех коммутаторов, а блок масштабирования обеспечивает коэффициент передачи в четыре раза больше исходного, т.е. А=1 (элементы задержки 131-13-(К-1) и элементы ИЛИ 12-1-12{К-1) введены в решающий блок 9 для того, чтобы он вырабатывал два выходних импульса и в том случае, когда на его первом входе отсутствуют логи- ческие единицы. В этом случае триггер 10-1 также срабатывает с некоторой задержкой после триггера 10-2.

Для работы ЦАП 4 используется информация последних четырех регистров 2-3,...,2-К, а код на выходе коммутаторов соответствует числу, в четыре раза меньшему истинного.

Реальный уровень сигнала восстанавливается с помощью блока масштабирования 8, и на экране индикатора б наблюдается истинный уровень спектра сигнала.

Предлагаемое устройство для. спектрального анализа выгодно отличается от прототипа большим динамическим диапазоном обрабатываемых сигналов, который определяется большим количеством цифровых сдвиговых регистров, превышающим предельное количество управляющих входов быстродействующего ЦАП.

1129544

Информационные ЬЫи решающие 0тка (2

Ф, .2 Аида pecvaxa4eto gaum

3aaas 9444/35 Тнраж 710 Подщ оное

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