Цифровой панорамный измеритель частоты

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Может быть использовано в радиолокации, радионавигации , радиотехнических системах внешнетраекторных измерений. Цель изобретения - повьппение точности оценки частоты при наличии шумов. Для достижения цели в устройство введены ,блок управления 1, генератор порогового сигнала 20, блок компараторов 21, схему ИЛИ 23, постоянное запоминающее устройство СЗУ) 24, блок перемножителей 22, сумматоры 25, 26, оперативное ЗУ 28, элемент задержки 29, блок деления 27, счетчик с пайяс S (Л со О5 QD СП СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I )4 G 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3963066/24-21 ,(22) 14.10.85. (46) 15,03.87. Бюл. У 10 (71) Харьковский авиационный институт им. Н. Е, Жуковского (72) А. Д. Абрамов, Л. Н, Коновалов, С. А. Михно, В. В, Печении и С. Г. Харитонов (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 569961 ° кл. G 01 R 23/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 705362, кл, G 01 R 23/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 930141, кп. G 01 R 23/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Ф 569961, кл. С 01 R 23/00, 1976

„„SU„„1296955 А1 (54) ЦИФРОВОЙ ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Может быть использовано в радиолокации, радионавигации, радиотехнических системах внешнетраекторных измерений. Цель изобретения — повышение точности оценки частоты при наличии шумов.

Для достижения цели в устройство введены,блок управления 1, генератор порогового сигнала 20, блок компараторов 21, схему ИЛИ 23, постоянное запоминающее устройство (ЗУ) 24, блок перемножителей 22, сумматоры 25, 26, оперативное ЗУ 28, элемент задержки Я

29 блок деления 27, счетчик с памя!

296955 тью 30, образованы новые функциональные связи. Кроме того, устройство содержит смесители 8, 9, генератор квадратурных сигналов !О, фильтры нижних частот 12, 13, дискретизаторы

l4, 15, аналого-цифровые преобразователи 16, 17, блок вычисления дискретного преобразования Фурье 18, блок квадраторов 19, задающий гене1

Изобретение относится к радиоизмеритепьной технике, а конкретно— к текнике частотных измерений, и может быть использовано в радиолокации, радионавигации, радиотехничес- 5 ких системах внешнетраекторных измерений.

Цель изобретения — повышение точности оценки частоты при наличии шумов. !О

На чертеже изображена структурная схема цифрового панорамного измерителя частоты.

Цифровой панорамный измеритель частоты содержит блок 1 управления, состоящий из последовательно соединенных -источника 2 постоянного напряжения,, ключа 3, одновибратора 4 н ключа 5, схемы выделения переднего 6 и заднего 7 фронтов импульса одновибратора 4, выходы которых служат соответственно вторым и третьим выходами блока 1 управления, два иден- тичных смесителя 8 и 9, генератор 10 > квадратурных сигналов, задающий генератор 11 сигналов дискретизации, два идентичных ФНЧ 12 и 13, дискретиэаторы 14 и 15 два идентичных аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 16 и 17, блок 18 вычисления

ДПФ, блок 19 квадраторов, генератор

20 порогового сигнала, блок 21 компараторов, блок 22 перемножителей, схему ИЛИ 23, постоянное запоминающее устройство 24, два идентичных сумматора 25 и 26, блок 27 деления, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 28, элемент 29 задержки и счетчик 30 с памятью, Цифровой панорамный измеритель частоты содержит два смесителя 8 и ратор сигналов дискретизации 11. Увеличение помехоустойчивости и точности оценки частоты объясняется заменой интерполяционного принципа нахождения экстремума дискретного (или сплошного) энергетического спектра интегральным методом поиска эквивалентного спектра с прямоугольной огибающей. 1 s.ï, ф-лы, ил, 9, объединенные сигнальные входы которых через ключ блока 1 управления подключены к источнику измеряемой частоты, их информационные входы сое. динены с соответствующими входами генератора 10 квадратурных сигналов, выход каждого смесителя через последовательно соединенные ФНЧ 12 и !

3, дискретизаторы 15 и 14, АЦП 16

М

17 соединей с соответствующим входом (их два) блока 18 вычисления, выходы которого объединены с соответствующими входами блока 19 квадраторов, второй вход каждого дискретизатора объединен с выходом задающего генератора 11 сигналов дискретизации, последовательно соединенные генератор 20 порого" вого сигнала, блок 21 компараторов, схема ИЛИ 23 и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, причем выходы блока 19 квадраторов соединены со входами блока 2! компараторов, а также два идентичных сумматора 25 и

26, блок 22 перемножителей, при этом его выходы подключены к одноименным по номеру входам первого сумматора, а входы объединены с соответствующими входами второго сумматора 25 и схемы ИЛИ 23, последовательно соедин нные оперативное запоминающее устройство 28, блок деления и счетчик с памятью, при этом выходы ОЗУ подключены к информационным входам блока перемножителей, второй вход блока деления соединен с выходом первого сумматора 26, вход "Запись" ОЗУ 28, объединенный с вторым входом блока управления и входом "Сброс" счетчика 30, через элемент 29 задержки соединен с входом "Считывание" упомя3 12969 нутого ОЗУ, вход "Установка" счетчика подключен к третьему выходу блока управления, Цифровой панорамный измеритель частоты работает следующим образом, Считаем для определенности, что измерению подлежит неизвестная частота f, из диапазона возможных f

-Р C. Й < f +F гармонического колебания П(г.) 10

П() =F соя (2 < f, с+ е), о где Š— амплитуда сигнала; начальная фаза; — частота, подлежащая изме- 15 рению.

Замыкают ключ 3 блока 1 управления. В результате положительный перепад напряжения от источника 2 поступает на вход одновибратора 4. Одно- 20 вибратор 4 формирует на своем выходе строб длительности Т, который по управляющему входу открывает ключ 5, В результате в течение указанного интервала времени Т на сигнальные входы смесителей 8 и 9 подают с выхода генератора 10 квадратурных сигналов сдвинутые по фазе друг относио о тельно друга на 90 гармонические колебания частоты f,=f,-F. Смесители 30

8 и 9 и ФНЧ 12 и 13, обеспечивающие выделение низкочастотных составляющих спектра колебания u(t) на выходе смесителей 8 и 9, формируют квадратурные составляющие аналитического сигнала, спектр которого сосредоточен в полосе О < f + 2F. Дискретизаторы 14 и 15 формируют амплитудные значения низкочастотного сигнала в моменты времени t- =Кьс(К = 40

=1,2..., М, gt=1/2Р, T=Mat) задаваемые генератором 11.АЦП 16 и 17 преобразуют дискретные значения амплитуд отсчетов в цифровую форму, Блок 1 8 вычисления ДПФ по M=2FT отсчетам аналитического сигнала формирует в момент времени Т M отсчетов спектра измерительного сигнала в .диапазоне (Π— 2F) с шагом Ы=1/Т.

Блок 19 квадраторов обеспечивает 50 формирование на своих М выходах М значений квадраторов модулей спектра G(Kaf) аналитического сигнала

С(К<)I (К=1,2,» ™), М отсчетов энергетического спектра (G(Kaf)( подают на одноименные по номеру (всего их M) входы блока 21 компараторов, Компаратор на свои М выходы

4 пропускает только те отсчеты энергетического спектра, амплитуды которых превышает заданный пороговый уровень, сформированный генератором 20, Отсчеты энергетического спектра с выходов блока 21 поступают как на соответствующие входы второго сумматора 25, так и на сигнальные входы блока 22 перемножителей, к информационным входам которого подведены М чисел Kat (К вЂ” порядковый номер отсчета энергетического спектра) с М входов ПЗУ 24.

Управление работой ПЗУ 24 осуществляется с помощью схемы ИЛИ 23, которая на своем выходе формирует сигнал считывания, если хотя бы один из отсчетов энергетического спектра, поданных на ее входы, превысит пороговый уровень. При этом на выходы (их M) из соответствующих ячеек памяти ПЗУ 24 поступают М чисел, равных Kdt (К =

° чч М)

Второй сумматор 25 по совокупности ди сКр ет Q (К=1, 2,, If) эн ер гетического спектра, превысивших пороговый уровень, формирует в цифровой форме сумму квадратов амплитуд м с»

6 = L F- . а последовательно соедик=1 ненные блок 22 перемножителей и первый сумматор 26 — сумму произведений

M л 2

О = ° К af F „° Отметим, что сумК=1 му произведений можно интерпретировать как площадь прямоугольника с заранее известным основанием м л « я, т,е, 9=ьЕ

К=1 К=1

f 2F

О<

Числовое значение с через ОЗУ 28 подают на соответствующий вход блока 29 деления, При помощи блока 27 деления, обеспечивающего нормировку л числового значения 9 относительно, формируют оценку неизвестного значения ьй, «8

rf = — =f — f с g c

При частоте f, сигнала искомая оценка f, частоты может бы;ь записана в форме

f = f, +sf, Эта процедура осуществляется в цифровой форме при помощи счетчика

30 с памятью следующим образом. В

12969 момент времени, совпадающем с началом стробирующего импульса, на выхо де схемы 6 выделения переднего фрон- : та сформирован импульс ьй сT, обнуляющий по входу "Сброс" счетчик 30.

В момент времени Т импульс, сформированный на выходе схемы 7 выделения заднего фронта импульса блока 1 управления, по входу "Установка" устанавливает в счетчике 30 число, рав- Ið ное частоте Е . При поступлении на вход счетчика 30 оценки на его выходе формируется число, равное f, f + дЯ

Оперативное запоминающее устройство 28 обеспечивает устранение эффекта "гонки" в цепях обработки цифровой информации: время обработки сигнала ФНЧ 13 и вторым сумматором

26 больше времени обработки в первом сумматоре 25. Для одновременной подачи чисел О и В на входы блока 27 деления цифровой сигнал 6 с выхода первого сумматора 25 задерживается на время, равное времени обработ- 25 ки сигналов в блоке 22 перемножитес лей. Задержка обеспечивается элементом 29 задержки, задающим момент считывания (по входу "Считывание" ) информации, записанной в ОЗУ 28. 30

При замыкании ключа 3 блока 1 управления операции по формированию оценочного значения f повторяются: с ключ 5 отпирается стробом одновибратора 4, обнуляется счетчик 30 и т,д, Увеяичение помехоустойчивости и точности оценки частоты объясняется заменой интерполяционного принципа нахождения экстремума дискретного (или сплошного) энергетического спек- щ тра интегральным методом поиска эквивале.нтного спектра с прямоугольной огибающей, Формула изобретения

I . .Цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий два смесителя, сигнальные входы которых объединены, а информационные входы соединены с gp соответствующими выходами генератора квадратурных сигналов, выход каждого смесителя через последовательно соединенные фильтр нижних частот, дискретизатор и аналого-цифровой преобразователь соединен с соответствующим входом блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выходы которого соединены с одноименными вхо55 6 дами блока квадраторов, другой вход каждого дискретизатора соединен с выходом з адающего генератор а сигн алов дискретизации, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности измерения частоты, в него введены блок управления, генератор порогового сигнала, блок комнараторов, схема ИЛИ, постоянное запоминающее устройство, блок перемножителей, первый и второй сумматоры, оперативное запоминающее устройство, линия задержки, блок деления, счетчик памяти, при этом первый выход блока управления соединен с сигнальными входами первого и второго смесителей, второй выход блока управления соединен с входом запись оперативного запоминающего устройства и входом сброса счетчика, а также через элемент задержки с входом считывания оперативного запоминающего устройства, третий выход блока управления соединен с входом установки счетчика, вход блока управления являющегося входом устройства, выходы блока квадраторов соединены с первым входом блока компараторов, второй вход которого соединен с выходом fåíåðàòîðà порогового сигнала, выход блока компараторов соединен с первым входом блока перемножителей, входом схемы ИЛИ и входом первого сумматора, выход которого соединен с информационными входами оперативного запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу блока деления, выход схемы

ИЛИ подключен к управляющему входу постоянного запоминающего устройства, выход которого соединен с вторым входом блока перемножителей, выход которого подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока деления, выход которого соединен с входом счетчика памяти, выход счетчика является выходом устройства, 2. Измеритель по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления состоит из последовательно соединенных источника постоянного .напряжения, первого ключа, одновибратора, второго ключа, а также блоков выделения переднего и заднего фронтов, импульсов, входы которых объединены и соединены с выходом одновибратора, второй вход второго ключа является входом блока управления, выход вто1296955

Составитель Е, Губанов

Редактор А. Ревин Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 773/4? Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 рого ключа — первым выходом блока управления, выход блока выделения заднего фронта является вторым выходом блока управления, а выход блока выделения переднего фронта — третьим выходом блока управления,