Способ автоматического анализа спектра сигналов с временной компрессией и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной технике, вокодерной телефонии , радиолокации. Цель изобрете1 ния - расширение диапазона анализируемых частот - достигается считыванием данных о стробироваиии сигнала Лий, для каждой составляющей в измененном порядке с постоянной скоростью, обес печивая ее совпадение с полосой пропускания полосового фильтра, центральная частота которого равна произведению частоты одной из анализируемых частот на коэффициент умножения частоты, стробирование осуществляют с постоянной скоростью, зависящей от скорости считывания запомненных данные . Устройство для осуществления способа содержит фильтр 1 нижних частот , аналого-цифровой преобразователь 2, оперативное запоминающее устройство 3, цифроаналоговый преобразователь 4, полосовй фильтр 5, детектор 6„ стробирующий блок 7, блок 8 уп явления , накапливающий сумматор 9, элементы ИЛИ 10, 11. вентиль 12 записи, вентиль 13 считывания, формирователь 14, сумматор 15, постоянное запоминающее устройство 16, блок 17 синхронизации . 2 с.п. ф-лы, 1 ил. Выязд & в сл О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ()9) SU))i) 1

А1 (ц) 6-01 К 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHSIM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4350930/21 (22) 28. 12. 87 (46) 07.01.91. Бюл. К 1 (71) Харьковский институт радиоэлектронники им. акад. M.К.Янгеля (72) Ю.П.Картушин, В.С.Голиков и Е.А.Шеломов (53) 621.317.757 (088.8) (56) Патент США Р 3588693., кл. G 01 R 23/16, 1971.

Патент США Ф 3621389, кл. С.01 R 23/16, 1971. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

СПЕКТРА СИП1ЛЛОВ С ВРЕМЕННОЙ КОИПРЕССИЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕИИЯ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной технике, вокодерной телефонии, радиолокации. Цель изобретения — расширение диапазона анализируемых частот — достигается считыванием данных о. стробироваиии сигнала

4 1 для каждой составляющей в измененном порядке с постоянной скоростью, обес» печивая ее совпадение с полосой пропускания полосового фильтра, центральная частота которого равна произведению частоты одной из анализируемых частот на коэффициент умножения частоты, стробирование осуществляют с постоянной скоростью, зависящей от скорости считывания запомненных данных. Устройство для осуществления способа содержит фильтр 1 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь

2, оперативное запоминающее устройство 3, цифроаналоговый лреобраэователь

4, полосовй фильтр 5, детектор б. стробирующий блок 7, блок 8 управления, накапливакщий сумматор 9,. элементы ИЛИ 10, 11, вентиль 12 записи, вентиль 13 считывания, формирователь С

14, сумматор 15, постоянное запоминающее устройство 16, блок 17 синхронизации. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1619189

Операция перестановок спектральных составляющих сигнала достигается эа счет перестановок членов в последова- 45 тельности отсчетов сигнала S(x.) по правилу x (kx )1, т.е. по правилу умножения по модулю Б, Перестановка членов последовательности запомненных отсчетов при считывании из запоминающего устройства выполняется путем изменения порядка считывания. Изменение порядка считывания запомненных отсчетов осуществляется через ранее рассчитанные для каждой составляющей

55 интервалы отсчетов — коэффициенты перестановок (k, . ).-

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в измерительной технике, вокодерной те-. лефонии, радиолокации и т.п.

Цель изобретения — расширение диапазона анализируемых частот за счет обработки сигнала с изменением порядка считывания отсчетов и упрощения устройства. l0

Сущность способа анализа состоит в том, что анализируемый сигнал подвергают низкочастотной фильтрации с целью устранения мешающего влияния частот выше верхней анализируемой частоты, стробированию сигнала с частотой, которая равна или выше необходимой частоты по теореме Ко тельникова для наивысшей анализируемой частоты, и запоминанию данных о 0 стробированном сигнале в запоминающем устройстве, состоящем из Н ячеек памяти.

Обработка И запомненных отсчетов осуществляется для спектрального 25 анализа в базисе полной системы дискретных экспоненциальных функций (дэф).

- Спектральный анализ сигнала выполняется за счет временной компрессии и состоит в том, что при считывании отсчетов сигнала из запоминающего устройства с постоянной скоростью, большей, чем скорость стробирования, йроисходит сжатие сигнала во временной области, причем последовательное совпадение каждой составляющей.с полосой пропускания полосового фильтра осуществляют путем перестановок спектральных составляющих в исходном „0 спектре сигнала.

Устройство содержит фильтр 1 нижних частот, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)2, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)3, цифро-аналоговый преобразователь (ПАП)4, полосовой фильтр 5, детектор 6, стробирующий блок 7, блок 8 управления, первый накапливающий сумматор 9, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, вентили записи 12 и считывания 13, формирователь 14, сумматор 15, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 16, блок 17 синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый сигнал проходит фильтр 1 нижних частот, пропускающий все составляющие спектра вплоть до наивысшей, и поступает в АЦП 2, где сначала квантуется с частотой, не меньшей, чем это необходимо по теореме Котельникова для наивысшей составляющей, а затем преобразуется в цифровую форму и подается в ОЗУ 3 для записи в ячейки памяти.

ОЗУ 3 сопержит И ячеек памяти, адреса которых нумеруются последовательность;;.двоичных чисел от О до (Н. — 1 ). Отсчеты сигнала записывают-. ся в ячейки памяти по адресу, поступающему из блока 8 управления на адресный вход ОЗУ 3, при поступлении тактовых импульсов на его управляющий вход записи. При поступлении тактовых импульсов на управляющий вход считывания ОЗУ 3 происходит считывание отсчетов из ячеек памяти, адреса которых подаются на адресный вход из блока 8 управления.

Считанные из ОЗУ отсчеты сйгнала поступают в ЦАП 4„ где преобразуются из цифровой формы в эквивалентную ей дисктерно-аналоговую, и подаются через узкополостный фильтр 5, пропускающий только одну спектральную составляющую сигнала на детектор 6, Стробирующий блок 7, на который поступает выходной сигнал детектора 6, обеспечивает стробирование данных в пределах анализируемого сигнала.

Блок 8 управления построен на. основе накапливающего сумматора 9. Адресом ячейки памяти ОЗУ 3 для записи и считывания является хранящийся в накапливающем сумматоре 9 результат сложения числа, поступающего на его информационный вход, .с результатом предыдущего сложения в моменты посi6l9lR9 тупления тактовых импульсов на его тактовый вход.

Запись отсчетов в ячейки памяти

ОЗУ 3 происходит в прямом порядке, поэтому нумерация их адресов должна возрастать, изменяясь на единицу. Это осуществляется путем подачи единицы в виде двоичного многоразрядного числа, формируемого в формирователе 14 кода числа через открытый вентиль .12 записи и первый элемент ИЛИ 10 на информационный вход первого накапливающего сумматора 9. Считывание отсчетов из ОЗУ 3 происходит в измененном порядке, поэтому нумерация адресов ячеек памяти изменяется с шагом в kP единиц. Это осуществляется путем подачи чисел k в виде двоичР ных многоразрядных чисел, хранящихся в ячейках памяти ПЗУ 16, через вентиль l3 считывания и первый элемент

ИЛИ lO на информационный вход первого накапливающего сумматора 9.

Особенность формирования адресов считывания состоит в том, что при анализе одной спектральной составляющей анализируемого сигнала щаг измеI нения нумерации не должен изменяться, пока не будут считаны все N отсчетов сигнала, и должен измениться при переходе к анализу следующей спектральной составляющей. Поэтому в течение

N тактов .из ПЗУ l6 считывается N раз.одно и то же число k, которое, поступая в первый накаплйвающий сумматор 9, обеспечивает формирование адресов считывания с интервалом в

k ячеек памяти ОЗУ 3.

Для последовательного совпадения всех спектральных составляющих анализируемого сигнала с полосой пропускания узкополосного фильтра 5 заранее определяют последовательность чисел k,которую заносят,,в память

ПЗУ i:6. Последнее содержит и ячеек памяти, адреса которых нумеруются последовательностью двоичных многоразрядных чисел от 1 до п, причем, в ячейке памяти с адресом "1" хранится число k<,êoòoðoå, поступая И раз в первый накапливающий сумматор

9, обеспечивает формирование адресов считывания отсчетов сигнала из

ОЗУ 3 в таком порядке, при котором анализируется составляющая спектра с номером ".!". В ячейке памяти с адресом "2" хранится число k< которое обеспечивает анализ спектральной

10

ЗО составляющей с номером "2", и тлк .палее для всех п спектральных с став чяющих сигнала.

Формирователь адреса считывания чисел, хранящихся в ПЗУ 16, построен на основе второго накапливающего сумматора 15, который в момент поступления на его тактовый вход импульсов изменяет свое состояние на ециницу. Эта единица в виде двоичного многоразрядного числа поступает на информационный вход второго накапливающего сумматора 15 из формирователл 14 кода числа.

Работой анализатора управляет блок 17 синхронизации, который формирует три последовательности импульсов определенной длительности в строго определенном порядке. Первая последовательность снимается с JIepBOFO выхода блока 17 синхронизации и предстлвляет собой равномерную непрерывную последовательность тактовых импульсов, следующих с периодом Т

Эта импульсная госледовательность поступает на управляющий вход записи ОЗУ 3 для записи очередного отсчета сигнала и через второй элемент

ИЛИ 11 на тактовый вход первого накапливающего сумматора 9 для изменения адреса записи, а такх:е на управляющий вход вентиля 12 для обеспечения прохождения единицы из формирователя 14 кодл числа.

Со второго выхода блока 17 синхронизации снимается последовательность из N считывающих импульсов, представляющих собой и пачек по N импульсов, 4О которые располагаются в интервале между тактовыми импульсами, снимаемыми с первого выхода блока 17 синхронизации. Эти и пачек импульсов поступают через второй элемент ИЛИ 11

45, на .тактовый вход первого накапливающего сумматора 9, который формирует адреса считывания отсчетов сигнала, и на управляющий вход вентиля 13 считывания для обеспечения прохождения

50 чисел k из ПЗУ 16 на второй вход первого элемента ИЛИ IO, P

С третьего выхода блока .17 синхронизации снимается последовательность одиночных импульсов, формируемых

55 после импульсов, снимаемых с второго выхода блока 17 синхронизации, отмечающих окончание анализа очеред- ной спектральной составляющей спектра сигнала и переход к анализу сле1б19189 дующей спектральной составляющей.

Зта последовательность импульсов поступает на тактовый вход нторого накапливающего сумматора 15 для изменения адреса считывания очередного числа 1 из ПЗУ 16, выполняя опера-. цию сложения по модулю N, а также на тактовый вход стробирующего блока

7 для регистрации результата анализа спектральной составляющей сигнала.

Следовательно, при считывании отсчетов из ОЗУ 3 последовательное изменение порядка считывания осуществляют последовательное приведение всех спектральных составляющих анализируемого сигнала к одной частоте с таким одинаковым числом периодов, при котором переходные процессы в узкополосном фильтре 5 не оказывают влияние на результат анализа спектра как для низкочастотных, так и для высокочастотных составляющих.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического анализа спектра сигналон и устройство для его осуществления при прочих равных условиях требуют меньшего быстродействия элементной базы или при прежнем быстродействии позволяют расширить диапазон анализируемых частот.

Формула изобретения 1. Способ автоматического анализа спектра сигналов с временной компрессией путем низкочастотной фильтрации сигнала, вплоть до наивысшей анализируемой частоты, стробирования отфильтрованного сигнала со скоростью не менее скорости стробирования для наивысшей частоты, запоминаний стробированного сигнала н прямом порядке, периодического считывания запомненного сигнала со скоростью, преньппающей скорость стробирования, фильтрации считанных данных с фиксированной шириной полосы частот, стробирования выходного сигнала в

° пределах анализируемого спектра частот, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона анализируемых частот, данные о стробиронанном сигнале считывают для каждой составляющей в измененном порядке с постоянной скоростью, каждый раз обеспечивая ее совпадение с полосой пропускания полосового фильтра, центральная частота которого равна произведению частоты одной из

55 анализируемых частот на коэффициент умножения частоты, а стробиронание осуществляют с постоянной скоростью, зависящей от скорости считывания запомненных данных.

2. Устройство для автоматического анализа спектра сигналов с временной компрессией содержащее последовательно соединенные фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, узкополосный фильтр, детектор, стробирующий блок, а также блок управления, выход которого снязан с адресным входом оперативного запоминающего ус ройства, и блок синхронизации, первый выход которого соединен с тактовым входом аналого-. цифрового преобразователя, нходом записи оперативного запоминающего устройства и первым входом блока управления, второй выход соединен с входом считывания оперативного запоминающего устройства и вторым входом блока управления, а тр тий.выход блока синхронизации соединен с тактовым входом блока стробиронания и третьим входом блока управления, при этом блок управления содержит последовательно соединенные формирователь кода числа, вентиль записи, элемент ИЛИ и накапливающий сумматор, выход которого соединен с выходом блока управления, а также второй элемент ИЛИ и вентиль считынания, выход которого соединен с вторым входом первого элемента HJIH а управляющий вход соединен с вторым входом блока управления и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого сое" динен с первым входом блока управления и управляющим входом вентиля записи, а выход подключен к управляющему входу накапливающего сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона анализн" руемых частот, н блок управления введены последовательно соединенные второй накапливающий сумматор и постоянное запоминающее устройство, выход которого соединен с информационным входом вентиля считывания, информационньпЪ вход второго накапливающего сумматора соединен с выходом формирователя кода числа, а его управляющий вход соединен с третьим входом блока управления.