Широкополосный измеритель частоты радиосигналов

Авторы патента:

G01R23/00 - Устройства для измерения частоты, анализаторы спектра частот (частотные дискриминаторы H03D)

Владельцы патента RU 2708678:

Аткишкин Сергей Федорович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты непрерывных радиосигналов в широком диапазоне частот. Устройство состоит из двух АЦП, работающих на частотах Fs₁ и Fs₂ соответственно, входы которых соединены вместе, и решающего устройства. Также устройство содержит первые цифровые фильтры верхних (ЦФВЧ) и нижних частот (ЦФНЧ), работающие на частоте тактирования Fs₁, вторые ЦФВЧ и ЦФНЧ, работающие на частоте тактирования Fs₂, четыре устройства вычисления модуля, четыре накапливающих сумматора на N слагаемых, четыре устройства деления на N, два делителя, причем выходы первого АЦП соединены с входами первых ЦФНЧ и ЦФВЧ, выходы второго АЦП соединены с входами вторых ЦФНЧ и ЦФВЧ, выходы первых ЦФВЧ и ЦФНЧ соединены с входами первого и второго устройств вычисления модуля соответственно, выходы вторых ЦФВЧ и ЦФНЧ соединены с входами третьего и четвертого устройств вычисления модуля соответственно, выходы первого, второго, третьего, четвертого устройств вычисления модуля соединены с входами первого, второго, третьего, четвертого накапливающих сумматоров соответственно, выходы первого, второго, третьего, четвертого накапливающих сумматоров соединены с входами первого, второго, третьего, четвертого устройств деления на N, выходы первого и второго устройств деления на N соединены с входами первого делителя, выходы второго и третьего устройств деления на N соединены с входами второго делителя, выходы первого и второго делителей соединены с входами решающего устройства. 2 ил.

Известно устройство широкополосного измерителя частоты радиосигналов [1]. Широкополосный измеритель частоты сигналов состоит из 3 плат цифровой обработки сигналов (ЦОС). Каждая плата ЦОС состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), статического оперативного запоминающего устройства (СОЗУ), программируемой логической интегральной микросхемы (ПЛИС), распределителя тактовых сигналов.

Недостатком данного устройства является высокая аппаратная и вычислительная избыточность, необходимая для устранения неоднозначности измерения частоты. Аппаратная избыточность проявляется в необходимости применения 3х АЦП, ПЛИС, ОЗУ. Вычислительная избыточность связана с необходимостью вычисления быстрого преобразования Фурье (БПФ) на каждой плате ЦОС (на 3х разных частотах), а также необходимостью передискретизации для отображения результатов БПФ на одной частотной оси для устранения неоднозначности измерения частоты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является устройство широкополосного измерителя частоты радиосигналов [2]. Широкополосный измеритель частоты сигналов состоит из 4х АЦП, 2х устройств вычисления комплексного БПФ, 2х устройств поиска максимума, решающего устройства.

Недостатком данного устройства является высокая аппаратная и вычислительная избыточность, необходимая для устранения неоднозначности измерения частоты. Аппаратная избыточность проявляется в необходимости применения 4х АЦП, 2х устройств вычисления комплексного ВПФ, 2х устройств поиска максимума. Вычислительная избыточность связана с необходимостью вычисления 2х комплексных БПФ, и передискретизации результатов БПФ в одну сетку частот.

Техническим результатом изобретения является уменьшение аппаратной и вычислительной избыточности.

Целью изобретения является снижение аппаратной и вычислительной избыточности, уменьшение габаритных размеров за счет изменения алгоритма функционирования устройства.

Заявленный результат достигается тем., что в устройство, состоящее из двух АЦП, работающих на частотах Fs₁ и Fs₂ соответственно, входы которых соединены вместе, и решающего устройства, дополнительно введены первые цифровые фильтры верхних и нижних частот, работающие на частоте тактирования Fs₁, вторые цифровые фильтры верхних и нижних частот работающие на частоте тактирования Fs₂, четыре устройства вычисления модуля, четыре накапливающих сумматора на N слагаемых, четыре устройства деления на N, два делителя, причем выходы первого АЦП соединены с входами первых цифровых фильтров низкой и высокой частоты, выходы второго АЦП соединены с входами вторых цифровых фильтров низкой и высокой частоты, выходы первых цифровых фильтров высокой и низкой частоты соединены с входами первого и второго устройств вычисления модуля соответственно, выходы вторых цифровых фильтров высокой и низкой частоты соединены с входами третьего и четвертого устройств вычисления модуля соответственно, выходы первого, второго, третьего, четвертого устройств вычисления модуля соединены с входами первого, второго, третьего, четвертого накапливающих сумматоров соответственно, выходы первого, второго, третьего, четвертого накапливающих сумматоров соединены с входами первого, второго, третьего, четвертого устройств деления на N, выходы первого и второго устройств деления на N соединены с входами первого делителя, выходы третьего и четвертого устройств деления на N соединены с входами второго делителя, выходы первого и второго делителей соединены с входами решающего устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема широкополосного измерителя частоты радиосигналов. На фиг. 2 представлена дискриминационная характеристика широкополосного измерителя частоты радиосигналов.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фигуре 1. Широкополосный измеритель частоты сигналов содержит: АЦП 1 и 3, устройство 2 синхронизации, цифровые фильтры 4 и 6 низкой частоты, цифровые фильтры 5 и 7 высокой частоты, сумматоры 8, 9, 10, 11 на N слагаемых, устройства 12, 13, 14, 15 вычисления модуля, делители 16, 17, 18, 19 на N, устройства 20 и 21 деления, решающее устройство 22.

Для удобства рассмотрим работу широкополосного измерителя частоты радиосигналов, функциональная схема которого представлена на фигуре 1. Широкополосный измеритель частоты радиосигналов работает следующим образом. Входной сигнал оцифровывается в АЦП 1 и 3, работающих на частотах тактирования F_s1 и F_s2 соответственно. Сигналы тактовой частоты F_s1 и F_s2 генерируются в устройстве 2 синхронизации. Далее, цифровые отсчеты сигнала АЦП 1 подаются на цифровые фильтры 4 и 5 высокой и низкой частоты, работающие на тактовой частоте F_s1. Цифровые отсчеты сигнала АЦП 2 подаются на цифровые фильтры 6 и 7 высокой и низкой частоты, работающие на тактовой частоте F_s2. Для обеспечения пологой передаточной характеристики фильтров 4, 5, 6, 7 их порядок выбирается невысоким. Далее, цифровые отсчеты с фильтров 4, 5, 6, 7 подаются на устройства вычисления модуля 8, 9, 10, 11 соответственно. Модули цифровых отсчетов с выходов устройств 8, 9, 10, 11 вычисления модуля поступают соответственно в накапливающие сумматоры 12, 13, 14, 15 на N слагаемых. В момент накопления N отсчетов сигнала в сумматорах 12, 13, 14, 15 срабатывают устройства деления 16, 17, 18, 19 на N. Таким образом, на выходах устройств деления 16, 17, 18, 19 будут получены модули средних значений за N отсчетов. Усреднение сигнала введено для ослабления случайных флуктуаций сигнала. Полученные средние значения за N отсчетов от устройств 16, 17 деления поступают на делитель 20, а от устройств 18, 19 деления на делитель 21. Получаемое на делителях 20, 21 отношение амплитуд сигналов однозначно связано с частотой входного сигнала в диапазоне частот 0… 0,5F_s1, 0… 0,5F_s2 соответственно. В случае, когда частота входного сигнала превышает наибольшую из указанных частот, возникает неоднозначность измерения частоты. Неоднозначность измерения частоты возникает из-за явления наложения спектров при суб-дискретизации в АЦП 1 и 2. Для разрешения неоднозначности используется два АЦП, работающих на различающихся частотах. При этом каналы 1 и 2 формируют неоднозначные периодические дискриминационные характеристики, вид которых показан на фиг. 2. Однозначное определение частоты по одной характеристике невозможно. Однако каждая пара значений дискриминационных характеристик каналов 1 и 2 однозначно связана с частотой входного сигнала, что позволяет разрешить неоднозначность и измерить частоту входного сигнала, частота которого превышает критерий Котельникова, то есть превышает наибольшее из F_s1/2, F_s2/2.

Список использованных источников

1. Кренев, А.Н., Ботов В.А., Горюнцов, И.С., Погребной, Д.С., Топорков В.К. Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов. Патент РФ на изобретение №2516763.

2. Николаев, А.Н., Белугина, А.А. Алгоритмы измерения несущей частоты в цифровых приемниках при субдискретизации радиосигналов / А.Н. Николаев, А.А. Белугина // Евразийский Союз Ученых. - 2015. - №4(13). - с. 160-163.

3. Sanderson, R.B., Tsui, J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of real signals. Патент США на изобретение №5099194.

Широкополосный измеритель частоты сигналов, состоящий из двух АЦП, работающих на частотах Fs₁ и Fs₂ соответственно, входы которых соединены вместе, и решающего устройства, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первые цифровые фильтры верхних и нижних частот, работающие на частоте тактирования Fs₁, вторые цифровые фильтры верхних и нижних частот, работающие на частоте тактирования Fs₂, четыре устройства вычисления модуля, четыре накапливающих сумматора на N слагаемых, четыре устройства деления на N, два делителя, причем выходы первого АЦП соединены с входами первых цифровых фильтров низкой и высокой частоты, выходы второго АЦП соединены с входами вторых цифровых фильтров низкой и высокой частоты, выходы первых цифровых фильтров высокой и низкой частоты соединены с входами первого и второго устройств вычисления модуля соответственно, выходы вторых цифровых фильтров высокой и низкой частоты соединены с входами третьего и четвертого устройств вычисления модуля соответственно, выходы первого, второго, третьего, четвертого устройств вычисления модуля соединены с входами первого, второго, третьего, четвертого накапливающих сумматоров соответственно, выходы первого, второго, третьего, четвертого накапливающих сумматоров соединены с входами первого, второго, третьего, четвертого устройств деления на N, выходы первого и второго устройств деления на N соединены с входами первого делителя, выходы второго и третьего устройств деления на N соединены с входами второго делителя, выходы первого и второго делителей соединены с входами решающего устройства.

Изобретение относится к медицинской технике и используется для проведения нейрофизиологических исследований микроволновой электромагнитной активности разных участков головного мозга (ГМ) человека путем транскраниальной регистрации амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) слабых электромагнитных волн (сЭМВ) в диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот от 1,5 до 5,0 ГГц.

Способ измерения разности фаз // 2691372

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения за радиотехнической обстановкой и для измерения разности фаз между сигналами. Техническим результатом является повышение точности измерения за счет компенсации постоянного смещения после демодуляции сигналов и за счет использования обратной функции, близкой к линейной, вместо функции arctg.

Способ измерения резонансной частоты // 2691291

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения резонансной частоты различного типа резонаторов. Способ измерения резонансной частоты содержит этапы, на которых осуществляют режим поиска резонансной частоты, в котором на каждой i-й итерации на вход резонатора последовательно подают сигналы с частотами ƒi-b и ƒi+b, находящимися в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты, измеряют амплитуды сигналов на выходе резонатора и , соответствующие указанным частотам, затем вычисляют частоту ƒi+1, а также определяют знак разности напряжений и при изменении этого знака осуществляют режим слежения за резонансной частотой, в котором сравнивают частоты ƒi+1 и ƒi, и если на i-й итерации модуль разности этих частот меньше, чем величина, определяемая заданной погрешностью измерения резонансной частоты, то на всех последующих итерациях фиксируют частоты ƒi и резонансную частоту определяют как среднее значение этих зафиксированных частот.

Способ определения доплеровского сдвига частоты по информационному фазоманипулированному сигналу на основе анализа отклонения разности фаз 2 порядка // 2687884

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использовано в системах одночастотной передачи данных, а также в системах радиозондирования для измерения доплеровского смещения несущей частоты сигнала в информационно-измерительных устройствах без априорной информации о модулирующем сообщении.

Радио-шариковый первичный преобразователь расхода жидкости // 2685798

Изобретение относится к измерительной технике и радиоэлектронному приборостроению и может использоваться в расходометрии любых электропроводных и неэлектропроводных, прозрачных и непрозрачных жидкостей, в химической, нефтеперерабатывающей, фармацевтической промышленности, в энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве в составе систем учета жидкостей.

Способ определения частоты в матричном приемнике // 2682562

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к системам измерения частоты, и может быть использовано в матричном приемнике средств радиотехнической разведки.

Способ дистанционного мониторинга запасов устойчивости электроэнергетической системы космического аппарата с длительным ресурсом работы // 2680750

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности и достоверности определения времени наступления неустойчивой работы электроэнергетической системы для своевременного принятия мер по повышению устойчивости работы или прекращению эксплуатации космического аппарата.

Устройство измерения частоты в матричном приемнике // 2680106

Изобретение относится к радиотехнической и электронной областям промышленности и может быть использовано в средствах радиотехнической разведки для снижения неоднозначности определения частоты при приеме двух и более совмещенных по времени разночастотных сигналов.

Способ определения основной частотной составляющей напряжения питающей сети // 2668330

Изобретение относится к электротехнике, в частности к определению параметров фазного напряжения трехфазных электросетей. Способ определения мгновенного значения основной частотной составляющей напряжения питающей сети заключается в том, что формируют постоянную частотную составляющую Tdω.

Способ измерения пространственно-временной эволюции излучения // 2649643

Изобретение относится к методам спектроскопии высокого разрешения и пространственно-временного анализа оптического излучения со сложной структурой и относительно быстрой эволюцией.