Устройство для временного и спектрального анализа сигналов
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании устройств цифровой обработки информации в измерительных приборах и системах. Цель изобретения - расширение полосы анализируемых частот и повышение точности анализа. Устройство содержит широкополосный усилитель 1, цифровой синтезатор 2 частоты, фазовые детекторы 3, 4, фильтры 5, 6 нижних частот, блок 7 управления , аналого-цифровые преобразователи 8. 9 , блоки 10, 15 дискретного преобразования Фурье, блок 11 оперативной памяти, блок 12 обратного дискретного преобразования Фурье, блок 13 постоянной памяти, перемножитель 14, генератор 16 тактовых импульсов. Цель изобретения достигается благодаря применению интерполяций, компенсирующей эффект наложения спектров при дискретизации сигналов. 4 ил. о/ль/ СП С 16 Код Запуск чосто/ль/ И
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю G 06 F 15/332
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1} 4815286/24 (22) 16.04,90 (46) 07.02,93, Бюл. М 5 (71) Н аучно-и роизводствен ный институт приборостроения (72) С.Б.Царев и В,М.Готлиб (56) Андриянов А.В., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и.системах, Мн.; Выш,шк.. 1987, с,131, рис.6.1.
Авторское свидетельство СССР
К 1363244, кл, G 06 F 15/332, 1986.
Рабинер Л., Гоулд Б; Теория и применение цифровой обработки сигналов, M.; Мир, 1978, с.625, фиг.9.27. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРЕМЕННОГО И
СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при
„,5U„, 1793445 А1 создании устройств цифровой обработки информации в измерительных приборах и системах. Цель изобретения — расширение полосы анализируемых частот и повышение точности анализа. Устройство содержит широкополосный усилитель 1, цифровой си нтезатор 2 частоты, фазовые детекторы 3, 4, фильтры 5, 6 нижних частот, блок 7 управления, аналого-цифровые преобразователи 8, 9, блоки 10, 15 дискретного преобразования Фурье, блок 11 оперативной памяти, . блок 12 обратного дискретного преобразования Фурье, блок 13 постоянной памяти, перемножитель 14, генератор 16 тактовых импульсов. Цель изобретения достигается благодаря применению интерполяции, компенсирующей аффект "наложения спектров" при дискретизации сигналов. 4 ил, 1793445
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании устройств цифровой обработки информации в измерительных приборах и системах.
Цель изобретения — расширение полосы анализируемых частот и повышение точности анализа.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для временного и спектраль.ного анализа сигналов; на фиг. 2— временные диаграммы работы блока оперативной памяти; на фиг, 3 — схема блока управления; на фиг, 4 — временные диаграммы работы блока управления.
Устройство содержит широкополосный усилитель 1, цифровой синтезатор 2 частоты, фазовые детекторы 3, 4, фильтры 5, 6 нижних частот, блок 7 управления, аналого-цифровые и реоб разо ватели 8, 9, блоки 10, 15 дискретного преобразования Фурье(ДПФ), блок11 оперативной памяти, блок 12 обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), блок 13 постоянной памяти, перемножитель
14, генератор 16 тактовых импульсов.
Блок 7 управления (фиг. 3) включает в себя формирователь адреса, состоящий из элемента И 17 и счетчика 18 адреса, синхронизатор 19, второй формирователь адреса, состоящий из элемента И 20 и счетчика 21 адреса, а также регистр 22.
Устройство для временного и спектрального анализа сигналов работает следующим образом, На вход широкополосного усилителя 1 поступает исследуемый сигнал (фиг. 1). Затем усиленный сигнал преобразуется в квадратном преобразователе, состоящем из фазовых детекторов 3, 4 и фильтров нижних частот 5, 6. Квадратурный преобразователь вычисляет комплексную огибающую сигнала, которая после преобразования в аналого-цифровых преобразователях 8, 9 в цифровом виде поступает на реальный и мнимый входы блока 10 ДПФ, Данный блок производит N-точечное ДПФ, С выхода блока 10 ДПФ N отсчетов дискретного спектра записываются в блок 11 оперативной памяти, который по команде блока 7 управления переводится в режим записи (фиг. 2). После записи всех спектральных отсчетов блок 11 переводится в режим считывания, при этом адресные сигналы формируются в блоке 7 так, что с выхода блока 11 считывается M отсчетов, Это достигается циклическим считыванием ячеек блока 11, при этом М спектральных отсчетов поступают на комплексный вход блока 12 ОДПФ, на выходе которого образуется M-точечная временная последовательность, Данная
40 последовательность умножается на функцию "окна", записанную в блоке 13 постоянной памяти, в перемножителе 14. С выхода перемножителя 14 М-точечная последовательность поступает на первый выход устройства и на вход блока 15 ДПФ, с выхода которого информация поступает на второй выход устройства. С первого и второго выходов устройства информация может поступать на устройства индикации или на устройства обработки сигналов. Опорные сигналы для детекторов 4 формируются в цифровом синтезаторе 2 частоты. Генератор 16 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы, необходимые для работы синтезатора и блока 7.
Работа блока начинается при поступлении на его вход сигнала "Запуск" SO (фиг. 3, 4), Данный сигнал запускает синхронизатор
19 и открывает элемент И 20, При этом на вход счетчика 21 адреса поступают тактовые импульсы от генератора 16. На выходе счетчика 21 адреса образуется линейно возрастающий код, пбступающий на адресный вход блока 11. Переключение режимов работы блока 11 происходит по команде S2 синхронизатора 19. Включение счетчика 18 адреса производится сигналом $1 синхронизатора 19. Синхронный регистр 22 предназначен для стробирования кода частоты синтезатора 2. Емкость счетчика 18 адреса
M. счетчика 21 адреса N.
Повышение точности и расширение полосы частот анализа сигналов достигается эа счет работы интерполятора, включающего в себя блок 10 ДПФ, блок 11, блок 12
ОДПФ, блок 13 и перемножитель 14. Интерполятор позволяет перейти к повышенной частоте дискретизации сигнала с компенсацией эффекта "наложения спектров". Рассмотрим процесс прохождения сигналов в интерполяторе. На вход блока 10 ДПФ поступает дискретная последовательность
Ои(К) = Хм(К) + )ran(K), где Хи(К) - N — точечная последовательность на выходе аналого-цифрового преобразователя 8;
Уи(К) - N — точечная последовательность на выходе аналого-цифрового преобразователя 9.
На выходе блока 10 ДПФ образуется
N-точечная спектральная последовательность FN(n), которая связана со спектром непрерывного сигнала F в согласно выражению
Fg (n) =, F (N(n + m N), (1)
m —— —
1793445 где Ng = 2 гг fg — круговая частота дискретизации.
Пусть F (м) определен в полосе частот ,М вЂ” 1 M — 1 — Щ М вЂ” 1 Ъ М вЂ” 1 где М = (2h+1)N+1; h — целое число, определяющее кратность интерполяции; N — четное число, В этом случае выражение (1) можно приближенно выразить в виде ь FM (n) —, F (mOdM (п + m N), N (2) где modML — L по модулю М, Точность приближенного равенства (2) растет с увеличением числа выборок N. Последовательность Рм(п) образуется на выходе блока 11 и поступает на вход блока 12 ОДПФ, на выходе которого возникает сигнал М-1 е 2« ° )м 1 9 (y) = —, ) .i- (n) g = — х ь-" г м- — 2.— II Ã,Ó сое(2ъ —, " ) " e71= 7 .м-1 k 7, ) Jги м х F(Ägn)e ns -1 г И y Sin («(g b ) М ! 1 1 Sln («t —,„" ) м-1 г .г F(gn)e м-1 г Формула изобретения Устройство для временного и спектрального анализа сигналов, содержащее первый и второй фазовые детекторы, генератор тактовых импульсов, первый и второй фильтры нижних частот, блок управления, первый и второй аналого-цифровой преобразователи, первый блок дискретного преобразователя Фурье, блок оперативной памяти и блок постоянной памяти. выход которого соединен с первым входом перемножителя, при этом выходы первого и второго фазовых детекторов соединены соответственно через первый и второй фильтры нижних частот с информационными входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выходы которых соединены с входами соответственно реальной и мнимой составляющих первого Обозначим sin((2h+1) >!<) sin (г k) В блоке 13 записана функция 5 р(К) = 1/ф(К) поэтому на выходе перемножителя 14 формируется последовательность UM(K) = Р (K) Цп(К) = M-1, . ° 27K 10 2 JMk снап)е и = —— Очевидно, что М вЂ” точечная последовательность UM(K) связана с непрерывным 15 N сигналом U(t) как 0м(К) = а U(Tg — k), где а = — коэффициент сжатия. Таким образом, на первом выходе устройства появляется последовательность, соответствующая частоте дискретизации М 1 п = — fg, где fg — частота дискретизации N аналого-цифровых преобразователей 8 и 9, Повышение частоты дискретизации позволяет повысить точность и расширить полосу частот анализируемых сигналов, На выходе - блока 15 ДПФ образуется результирующий . дискретный спектр 30 2_#_1с и FK M (n) =; VM (K) Е k =о который поступает на второй выход устройства. 35. блока дискретного преобразователя Фурье, адресный вход блока оперативной памяти подключен к первому выходу блока уп равления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения полОсы анализируемых частот и повышения точности анализа, в него введены широкополосный усилитель. выход которого соединен соответственно с информационными входами первого и второго фазовых детекторов, второй блок дискретного преобразования Фурье, блок обратного дискретного преобразования Фурье и цифровой синтезатор частоты, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами синхронизации первого и второго фазовых детекторов, выход первого блока дискретного преобразования Фурье соединен с информационными входами блока оперативной памяти, выход 1793445 которого соединен с входом блока обратного дискретного преобразования Фурье, вы-. ход которого соединен с вторым входом перемножителя, выход которого является выходом частоты дискретизации устройства и соединен с информационным входом второго блока дискретного преобразования Фурье, выход которого является выходом дискретного спектра устройства, при этом второй выход блока управления соединен с - информационным входом цифрового синтезатора частоты, третий и четвертый выходы блока управления соединены соответственно с адресным входом блока постоянной памяти и входом чтения-записи блока оперативной памяти, вход широкополосного усилителя является информационным входом устройства, пятый выход блока управления соединен с тактовыми входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, первого и второго блоков дискретного преобразования Фурье, блока оперативной памяти и блока обратного дискретного преобразования Фурье, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовыми входами цифрового синтезатора частоты и блока управления, вход запуска и информационный входы которого подклюцены соответственно к входу запуска и входу задания кода частоты устройства, 1793445 фРГУ аВ Составитель Ю. Ланцов Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M. Ткач Редактор С, Кулакова Заказ 505 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
