Цифровой анализатор спектра

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа детерминированных и случайных сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его динамического диапазона. Оно содержит блок 1 согласования , компаратор 3, генератор 4 вспомогательного сигнала, реверсивные счетчики 8.1 и 8.2, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, ключ 10 и генератор 11 счетных импульсов. Ограничение исследуемого сигнала по полосе фильтром 2 и использование в качестве опорных не гармонических, а меандровых сигналов генератора 7 позволяет исключить второй вспомогательный сигнал. Использование только одного вспомогательного компара тора 5, а также генератора 7 меанд (Л CZ ровых сигналов значительно упрощает устройство. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 R 23/00 р еи.:; тг q

11:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3913693/24-21 (22) 18.06.85 (46) 07.11.86. Бюл. М- 4 1 (7 1) Воронежский политехнический институт (72) В.В.Быков и С,A.Ïëàõîòíþê (53) 68 1.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 652498, кл. G 01 R 23/00.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1190283, кл. С 01 К 23/00,9.08.84. (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа детерминированных и случайных сигналов в реальном масштабе времени.

„„SU„„1269046 А1

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение его динамического диапазона. Оно содержит блок 1 согласования, компаратор 3, генератор

4 вспомогательного сигнала, реверсивные счетчики 8.1 и 8.2, элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, ключ 10 и генератор 11 счетных импульсов. Ограничение исследуемого сигнала по полосе фильтром 2 и использование в качестве опорных не гармонических, а меандровых сигналов генератора 7 позволяет исключить второй вспомогательньгй сигнал. Использование только одного вспомогательного компаратора 5, а также генератора 7 меандровых сигналов значительно упрощает устройство. 1 ил.

1269046

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь30 зовано для спектрального анализа детерминированных случайных сигналов н реальном масштабе времени. 5

Цель изобретения — упрощение цифрового анализатора спектра и расширение его динамического диапазона.

На чертеже приведена структурная схема устройства. 1О

Цифровой анализатор спектра содержит блок 1 согласования, фильтр 2 и компаратор 3, соединенные поспедовательно,генератор 4 вспомогательного сигнала, выход которого соединен 15 с входом компаратора 5 и вторым входом компаратора 3, блоки 6.1 и 6.2 умножения знаков, первые входы которых соединены с выходами компараторов 3, вторые входы — соответственно 20 с выходами генератора 7 меандровых сигналов, а выходы — с вторыми входами соответственно ренерсивных счетчиков 8, 1 и 8.2, элемент ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ

ИЛИ 9, входы которого соединены с выходами компараторов 3 и 5, выход с первым входом ключа 10, нторым входом подключенного к выходу -енератора 11 счетных импульсов, а выходом к первым входам реверсивных счетчиков 8.1 и 8.2.

Анализатор спектра работает следу ощим образом.

В блоке 1 согласования исследуемый сигнал центрируется и масштабируется„ после чего ограничивается по полосе фильтром 2. Зто ограничение по полосе необходимо для устранения взаимодействия высших гармоник меандроного сигнала с исследуемым сигналом, что могло бы исказить результат спектрального анализа. Так как спектр меандроного сигнала содержит только нечетные гармоники (ближайшая из которых третья), то .для устранения их влияния спектр исследуемого сигнала должен быть ограничен частотой, менее чем н 3 раза превышающей частоту генератора

7 меандрового сигнала. 50

Компаратор 3 кнантует на два уровня сумму исследуемого сигнала (с выхода фильтра 2) со вспомогательным сигналом генератора 4 (этот сигнал независим от исследуемого 55 сигнала и имеет равномерную плотность распределения, границы которой обхватывают основной диапазон изменения исследуемого сигнала).11ри этом математическое ожидание сигнала на выходе компаратора 3 с точностью до коэффициента пропорциональности равно мгновенному значению исследуемого сигнала (при условии, что интервал корреляции BcIIoMoI тельного сигнала много меньше интервала корреляции исследуемого сигнала).

Блоки 6,1 и 6.2 умножения знаков формируют сигнал логической "1" при совпадении уровней сигнала с выхода компаратора 3 и соответственно опорных сигналов с выходов генератора 7 меандровых сигналов. Так как влияние высших гармоник меандрового сигнала устранено фильтром 2, то фактически в умножении участвует лишь первая гармоника меандрового сигнала. При этом математическое ожидание сигналов на выходах блоков 6.1 и 6.2 умножения знаков с точностью до коэффициента пропорциональности равно произведению исследуемого сигнала на синусоидальный и косинусоидальный (т.е. квадратурные гармонические) опорные сигналы. Таким образом, операция перемножения аналоговых сигналов сводится к более простой операции перемножения знаков, которая легко реализуется на цифровых элементах.

Интегрирование результата пере— множения исследуемого сигнала на опорные сигналы осуществляется реверсивными счетчиками 8.1 и 8.2, входы управления направлением счета которых соединены соответственно с выходами блоков 6.1 и 6.2 умножения знаков.

На счетные входы реверсивных счетчиков 8.1 и 8.2 через ключ 10 поступают счетные импульсы с генератора 11.

Наличие вспомогательного случайного сигнала вносит в анализатор спектра дополнительные шумы, которые сужают его динамический диапазон: слабые сигналы могут оказаться ниже остаточного уровня вспомогательного сигнала на выходах реверсивных счетчиков 8.1 и 8.2. Для уменьшения влияния вспомогательного сигнала на результат анализа используется компенсация этого сигнала, которая осуществляется следующим образом. Вспомогательный сигнал с выхода генератора 4 квантуется на два уровня

1269046 квадратурных меандровых сигналов тактовым генератором, что также проще, чем синхронизация и стабилизация

15 частот ряда генераторов гармонических сигналов).

Составитель В.Величкин

Редактор О.Головач Техред Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 6030/47 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 компаратором 5. Полученный сигнал и квантованный на два уровня сигнал суммы исследуемого и вспомогательного сигналов с выхода компаратора

3 поступает на входы элемента ИСКЛЮЧАКЯЦЕЕ ИЛИ 9, на выходе которого формируется уровень логической "1" при неравнозначности входных сигналов.

Этот уровень открывает ключ 10, разрешая прохождение счетных импульсов 10 с генератора 11 на счетные входы реверсивных счетчиков 8.1 и 8.2. При равнозначности упомянутых входных сигналов (в частности, при отсутствии исследуемого сигнала) на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 формиру— ется уровень логического "0", закрывающий ключ 10, при этом счетные импульсы на входы реверсивных счетчиков 8.1 и 8.2 не поступают. Таким 20 запретом счета и осуществляются компенсация вспомогательного сигнала и, следовательно, уменьшение его влияния на результат спектрального анализа и обеспечение уверенного обнару-25 жения слабых сигналов (при этом компенсация не влияет на среднее значение полезного сигнала).

Так как в анализаторе спектра используются квадратурные опорные сиг- ЗО налы генератора 7, то цифровые коды на выходах реверсивных счетчиков 8.1 и 8,2 соответствуют квадратурным составляющим исследуемого сигнала и, таким образом, представляют его комплексный спектр.

Таким образом, ограничение исследуемого сигнала по полосе фильтром 2 и использование в качестве опорных не гармонических, а меандровых сиг- 4О налов генератора 7 позволяют исключить присутствующий в известном уст-ройстве второй вспомогательный сигнал и вследствие этого расширить динамический диапазон цифрового анализа-45 тора спектра. Кроме того, предлагаемый цифровой анализатор спектра существенно проще известного за счет упрощения генератора вспомогательных сигналов (так как нужен только один вспомогательный сигнал, а не два), уменьшения числа компараторов (два по сравнению с пятью в известном) и упрощения генератора опорньж сигналов (генератор существенно проще генератора квадратурных гармонических сигналов, кроме того, в многоканальном анализаторе спектра все генераторы меандровых сигналов могут синхронизироваться и стабилизироваться по частоте общим

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я!

\ифровой анализатор спектра, содержащий блок согласования, вход которого соединен с входом анализатора, генератор вспомогательного сигнала, первый компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключ, соединенные последовательно, генератор счетных импульсов, подключенный к информационному входу ключа, выход которого соединен с информационными входами первого и второго реверсивных счетчиков, о т личающий с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и упрощения анализатора, в него введены фильтр, вход которого соединен с выходом блока согласования, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом генератора вспомогательного сигнала, второй вход — с выходом фильтра, а выход— с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, а также генератор меандровых сигналов и первый и второй блоки умножения знаков, первые входы которых соединены с вьжодом второго компаратора, вторые входы — с выходами генератора меандровых сигналов, а выходы — с управляющими входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков.