Цифровой анализатор спектра

 

ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий два знаковых преобразователя , генераторы гармонических и вспомогательных сигналов, блок согласования , вход которого соединен с входом анализатора, а выход - с первыми входами обоих знаковых преобразователей , вторые входы которых соединены соответственно -с первым и вторым выходами генератора гармонических сигналов, третьи и четвертые входы - соответственно с первым и вторым выходами генератора вспомогательга .пс сигналов, генератор счетных импульсов, подключенный к первому входу ключа, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью расппрения динамического диапазона, в него введены компаратор и злемент ИЛИ, соединенные последовательно, и второй реверсивный счетчик, при этом вход компаратора соединен с первым выходом генератора вспомогательных сигналов, второй вход элемента ИЛИ соединен S с вторым выходом первого знакового преобразователя, выход элемента ШШ соединен с вторым входом ключа, первый вход второго реверсивного счетчика соединен с выходом ключа, а вторые входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соотт ветственно с выходами первого и вто:о рого знаковых преобразователей. э О эо ю

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ()9) ()!) ())4 G О1 R 2 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 07НРЬП ИИ (21) 3696966/24-21 (22) 06.02.84 (46) 07. 11.85. Бюл. И 41 (7 1) Вороне)кский политехнический институт (72) В.В.Быков и С.А.Плахотнюк (53) 621. 317. 757 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 571762, кл. С 01 R 23/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 652498, кл. С 01. R 23/00, 1979. (54)(57) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содер)каший два знаковых преобразователя, генераторы гармонических и вспомогательных сигналов, блок согласования, вход которого соединен с входом анализатора, а выход — с первыми входами обоих знаковых преобразователей, вторые входы которых соединены соответственно -с первым и вторым выходами генератора гармонических сигналов, третьи и четвертые входы — соответственно с первым и вторым выходами генератора вспомогательньм сигналов, генератор счетных импульсов, подкпюченный к первому входу ключа, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью распи рения:динамического диапазона, в него введены компаратор и элемент ИЛИ, соединенные последовательно, и второй реверсивный счетчик, при этом вход компаратора соединен с первым выходом генератора вспомогательных сигналов, второй вход элемента ИЛИ соединен @ с вторым выходом первого знакового преобразователя, выход элемента ИЛИ соединен с вторым входом ключа, первый вход второго реверсивного счетчика соединен с выходом ключа, а а вторые входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соот-. ветственно с выходами первого и второго знаковых преобразователей.

1190?83

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. зовано. для спектрального анализа .детерминированных и случайных сигналов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона анализатора спектра.

На чертеже приведена структурная схема анализатора спектра. 10

Цифровой анализатор спектра содержит блок 1 согласования, генератор

2 гармонических сигналов, компаратор

3, выход которого соединен с входом знакового преобразователя 4, генератор 5 вспомогательных сигналов, выходы, которого соединены с входами знаковых преобразователей 4 и 6, .элемент ИЛИ 7, выходом подключенный . к входу ключа 8, генератор 9 счет- 2О ных импульсов, подключенный к второму входу ключа 8, и реверсивные счет чики 10. 1 и 10.2, первые входы которых соединены с выходом ключа 8, а вторые — с выходами знаковых пре- д образователей, 4 и 6, третьи входы которых связаны с блоком 1 согласования, а четвертые — с выходами генератора 2.

Знаковые преобразователи 4 и 6 . содержат компараторы, выходы которых соединены с входами блока умножения знаков. Выходом знакового преобразо.— вателя является выход блока умножения знаков, вторым выходом знакового преобразователя 4 является один иэ выходов его компаратора.

Блок 1 согласования представляет собой усилитель переменного напряжения., блок 3 — компаратор, первый вход которого является входом блока, а вторэй вход соединен с общей шиной устройства, при этом сигнал на выходе блока 3 равен логической

" 1", если входной сигнал больше нуля, и логическому "0" в- противном случае.

Элемент ИЛИ 7 вырабатывает сигнал логической "1" при несовпадении, уровней логических сигналов на SO

его входах (т. е. на одном из входов — уровень логической "1", -a на другом — уровень логического "0"), и логического "0" в противном случае. 55

Генератор 2: гармонических сигналов генерирует синусоидальный и, косинусоидальный (квадратурные) сиг налы опорной частоты, на которой анализируется спектр входного сигна. ла.

Генератор 5 вспомогательных сигналов генерирует независимые случайные сигналы с равномерным распределением, границы которого охватывают диапазон измерения входного и опорншх сигналовАнализатор спектра работает следующи образом.

Для простоты рассмотрим работу только одного квадратурного канала, так как второй канал работает аналогично.

В блоке 1 согласования входной сигнал центрируется и масштабируется, после чего поступает на первый вход знакового преобразователя 4, на второй вход которого поступает косинусоидальный сигнал с генератора 2. В преобразователе 4 эти сигналы смешиваются с соответствующими вспомогательными сигналами от генератора 5 (эти сигналы независимы один от другого и от исследуемого сигнала, имеют равномерные плотности распределения, границы которых охватывают основной диапазон исследуемого сигнала), их сумма квантуется на два уровня, и на выходе знакового преобразователя 4 формируется кусочно-постоянный сигнал.

Положительному значению кусочнопостоянного сигнала соответствует уровень логической " 1", а отрицательtl tl ному — уровень логического 0

Математическое ожидание сигнала с точностью до коэффициента пропорциональности равно произведению входного сигнала на опорный гармонический сигнал. Благодаря этому операция перемножения аналоговых сигналов сводится к операции перемножения знаков, которая легко реализуется на цифровых элементах, а также позволяет заменить аналоговые интеграторы реверсивными счетчиками.

Интегрирование результата перемножения входного сигнала на опорный гармонический сигнал осуществляется реверсивным счетчиком 10. 1, вход управления направлением .счета которого соединен с выходом знакового преобразователя 4. На счетный вход реверсивного счетчика 10. 1 через ключ 8 поступают счетные импульсы генератора 9.

Наличие вспомогательных случайных сигналов вносит в анализатор спектра дополнительные шумы, которые сужают его динамический диапазон, слабые сигналы могут оказаться ниже остаточного уровня вспомогательных сигналов на выходе реверсивных счетчиков 10. 1 и 10.2. Для расширения динамического диапазона анализатора используется уменьшение влияния вспомогательного сигнала на результат анализа, что достигается путем компенсации этого сигнала.,Компенсация вспомогательного сигнала осуществляется следующим образом.

Вспомогательный сигнал с выхода генератора 5 поступает на вход ком.паратора 3, на выходе которого формируется кусочно-постоянный сигнал.

На дополнительном выходе знакового преобразователя 4 также формируется кусочно-постоянный сигнал. Эти сигналы поступают на входы элемента ИЛИ 7, на выходе которого формируется уровень логической "1" при неравнозначности входных сигналов.

Этот уровень открывает ключ 8, pasрешая прохождение счетных импульсов с генератора 9 на счетные входы реверсивных счетчиков 10. 1 и 10.2.

При равнозначности указанных входных сигналов (в частности при отсутствии входного сигнала) на выходе элемента ИЛИ 7 формируется уровень логического "0"; закрывающий ключ 8, при этом счетные импульсы на входы реверсивных счетчиков 10..1 и 10.2 . не поступают. Укаэанным запретом счета и осуществляется компенсация вспомогательного сигнала и, следовательно, уменьшение его влияния на результат спектрального анализа, что и приводит к расширению динами- . ческого диапазона анализатора (при

190283 4 этом компенсация не влияет на средгее значение полезного сигнала).

Введение компенсации вспомогательного сигнала является эффективным средством расширения динамического диапазона, обеспечивающим уверенное обнаружение слабых сигналов.

Второй канал анализатора спектра

1р работает аналогйчно первому, но в качестве опорного использует синусоидальный сигнал генератора 2.

Так как на выходах компараторов обоих знаковых преобразователей формируются одинаковые. сигналы (на первые входы компараторов поступает входной сигнал, .а на вторые — вспомо" гательный сигнал), то действие компенсации вспомогательного сигнала распространяется и на второй канал . анализатора.

Так.как каналы анализатора спектра используют в качестве опорных сигналов квадратурные гармонические сигналы, то цифровые коды на выходах реверсивных счетчиков 10.1 и 10 ° 2 соответствуют квадратурным составляющим входного. сигнала и, таким об разом, представляют его комплексный спектр.

Использование компенсации вспомогательного сигнала особенно эффективно при спектральном анализе импульсных сигналов. В этом случае сигнал на входе анализатора отличен.

35 от нуля лишь в короткие промежутки времени, Использование компенсации вспомогательного сигнала при этом полностью устраняет его влияние на

40 результат спектрального анализа в то время, когда входной сигнал равен нулю, в противном случае воэдей. ствие в это время вспомогательного сигнала на реверсивные счетчики

45 исказило бы результат анализа.

1! 90283

Составитель А.Орлов

Редактор И.Николайчук Техред А.Ач Корректор Л.Патай

Заказ 6974/47 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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