Цифровой панорамный измеритель частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик рц 737857 (51)М. Кл.2 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 281177 (21) 2547411/18-21 с присоединением заявки ¹

G 01 R 23/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДКб21. 317. 7 (088. S) Опубликовано 3005.80. Бюллетень 9 20

Дата опубликования описания 3005.80

С.Е. Филькович, В.В. Пискорж, С.Л. Голинец и Ю.В. Шкварко (72) Авторы изобретения

Харьковский авиационный институт (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ

Изобретение от носится к области радиоизмерительной техники и может найти применение при измерении характеристик сигналов. 5.

Известен цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий блок преобразования сигналов в цифровую форМу, сигнальный вход которого подключен к источнику измеряемых частот, его первый и второй управляющие входы подключены к соответствующим выходам квадратурного генератора, а третьи и четвертые управляющие входы — к выходам задающего генератора сигналов дискретизации, выходы канала преобразования . сигналов в цифровую форму подсоединены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход 20 которого через квадратор соединен с соответствующим входом блока óбой оценки частоты (11, Однако этот измеритель имеет низкую точность измерения частоты. 25

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий канал преобразования сигналов в цифровую форму, сигнальный вход которого подключен к источнику измеряемых частот, его первый и второй управляющие входы подключены "к соответствующим вйходам квадратурнбго генератора, а третий и четвертый управляющие входы — к выходам задающего генератора сиГна- лов дискретизации, выходы канала преобразования сигналов в цифровую форму подсоединены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор соединен с соответствующим входом интерполятора, между другим входом которого и выходом квадратора включен блок грубой оценки частоты (2) .

Однако этот измеритель при наличии в принимаемом колебании двух и более перекрывающихся по спектру сигналов не обеспечивает совместное высокоточное измерение их частот, а формирует в этом случае лишь грубую оценку центра тяжести кривой совместного энергетического спектра сигна- лов.

Цель изобретения — повьыение разрешающей способности и точности сов737857 местного измерения частот нескольких Перекрывающихся по Спектру""сигналов.

Эта цель достигается тем, что в цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий блок преобразования сигналов в цифровую форму, управляющие входы которого соответственно подключены к выходам квадратурного

::генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, выходы блока преобразования сигналов в цифровую форму через последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерполятора; решающий блок, введены М блоков оптимального разрешения, блок сочетаний, буферное запоминающее устройство и блок обнаружения, входы которого соединены с выходами квадратора, а выходы блока обнаружения подключены к вторым входам интерполятора, выходы которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройства, вторые входы которого подключены к входам квадратора, Выходы буферного запоминающего уст ройства соединены с входами блока сочетаний, первая и вторая группа выходов которых подключены соответ- ственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешения, выходы которых соединены с первыми входами решающего блока, вторые входы которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.

Каждый блок оптимального .разрешения содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через п ква3раторов подключены к входам сумматоpa, причем первые входы N блоков линейных комбинаций являются первыми входами блока оптимального разрешения. Вторые входы N блоков линейных комбинаций являются вторыми входами блока, а выход сумматора — выходом блбка оптимального разрешения.

Функциональная схема цифрового панорамного измерителя частоты показана на чертеже.

Измеритель содержит блок 1 преобразования сигналов в цифровую форму квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации, блок 4 вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор 5, интерполятор 6, блок 7 обнаружения, буфЕрный запоминающий блок 8, блоки

9 сфчетаний Ч блоков 10 оптимального разрешения, каждый из которых состоит иэ и блоков 11„ -11„ линейных комбинаций и квадраторов 121-12„ сумматора 13, решающий блок 14, На чертеже также показаны шина 15 сигналь.ного входа и выходная шина 16.

РаботаЕт цифровой панорамный измеритель следующим образом.

На вход измерителя сигнала на интервале времени (О,Т), отведенном на временную обработку сигналов, поступает суперпозиция в общем случае перекрывающихся по спектру частот,N сигналов и шумового фона. Пусть сигналыы представляют собой гармони че с5 кие колебания с частотами f + о

+ Fp (рЕ, (N) длительностью Т, где

f — средняя частота э анимаемо го о сигналами частотного диапазона, а шумовой фон представляет собой гаус10 сов нормальный случайный процесс.

При этом колебание на шине 15 измерителя (на сигнальном входе блока 1) имеет вид

U(%)=Re Е Е (F<)e с,„(.,, (1)

Р=1

15 где (< рр) = Р)1 я рр(, — комплексией э а кон и н фор маци он н ой модул яци и си гнала от р-го источника неизвестной

Щ частоты; (.= ц (4 )екр )21с(К (к„, С 1к,. (2) =1

E =)Е fe Р— постоянная на ин)Чр

P Р тер вале (О, Т) комплексн ая случайная. амплитуда сигнала р-го источника

25 неизвестной частоты;

n (t ) — белый гауссов шум, На первый и втоРой управляющие входы блока 1 поступают сдвинутые друг относительно друда на 90 опорD

g0 ныл сигналы частотой f с выходов квадратурного генератора 2, а на третий и четвертый управляющие входы — сигналы дискретизации с частотой 2Frna (где Fary ширина интервала возможных эйачений Измеряемых частот) с выхода задающего генератора 3. Блок 1 преобразования осуществляют предварительную согласованную фильтрацию принимаемых колебаний (1), их дискретизацию по вре40 мени с интервалом д с ретизацин

ht = 1/2Г,„д„ и аналого-цифровое преобразование полученных отсчетов.При этом на выходе блока 1 формируется набор из Кр = 2Г Т отсчетов (в 45 цифровом коде) сийфазных и квадратуриых составляющих комплексной огибающей принимаемой суперпоэ иции сигналов (1) Пк (t q) для всех момен50 тов времени 1 „- K Ii4„Ke, I,Ê о.

Эти сигналы U,М I,К поступают на входы блока 4 вычисления дискретного преобразования Фурье, который формирует по ним Кр отсчетов Фурьеспектра комплексной огибающей суперпоэиции сигналов. Эти отсчеты представляют собой отсчеты синфаэных и квадратурных составляющих комплексНого корреляционного интеграла corgp ласованной отработки сигналов по частоте в диапазоне (О, Г,„ „) с шагом дискретизации b f = f,, Ко

737857 (3) -где Y!

Π— операция транспонировас ния;

% — операция комплексного

4 1

М сопряжени я;

1Г 1 — матрица, обратная матричной функции неопределенности сигналов по частоте с элементами к, р,„= ЕЕКР 5Я5с Ир-F lkat (41 к„ где Г = р nF+ и F+ = с), AF — значения отсчетов информационных парамет-. ров из набораIF„, );р.qe(7)сс, или пос-, ле приведения эрмитовой формы (3) к удобному для схемной реализации каноническому виду X „ I 7 ) выражается в форме суммы квадратов

Л Е х . где хр р 1 — комплексный корреляцион-. ный интеграл оптимального разрсше.. ния р-го сигнала из набора 7с),) с,P)=z ч;;,ie(i . <ы

5с1 рр

35 ......, Здесь а . — элемент матрицы А поР5 рядка р, полученной обращением подблока порядка р исходной матрицы

У, заданной посредством операции (4), Формирование эффекта оптималь40 . ного совместного разрешения — измерения (5) в М блоках 10 оптимального разрешения осуществляет ся следующим образом. Каждый m-й блок 10 содержит по N блоков 11 линейных

45 комбинаций, Причем на первый блок 11 с первых и вторых выходов блока 9 с

" сочетаний поступают соответственно значение и номер одного отсчета У; яэ(Ч и, на второй блок 11 — значе50 ния и номера двух отсчетов из (1) и т.д., и на N-й блок 11 — значения и номеРа всех N отсчетов ((1,,с. По значениям номеров отсчетов.се ) q сс, в каждом р-м блоке 11 формируется набор коэффициентов весового сумми= рования цр5 и арр путем осуществления операции обращения числовой матрицы у с элементами, формируемыми из набора (7) в соответствии с операцией (4), 60 По значениям сформированных коэффициентов ар, арр и по значениям набора отсчетов (Y Ie на выходе р-го блэка 11 формируется посредcT вом ве.— сового суммирования значение хр ) р-„,)

5 в соответствии с операцией (б) . <..

15 (55 выходо в блока 9 на соот вет ст вующие входы М блоков 10 оптимального разрешения. На второй группе выходов блок 9 сочетаний параллельно Формирует М наборов номеров отсчетов (в,, соответствующих сформированным на первой группе выходов наборам отсчетов (Ч )щ. Эти наборы номеров )1 )tn с второй группы выходов блока сочетаний поступают на соответствующие входы решающего блока 14 (где записываются во внутреннем входном регистре блока 14) и параллельно — на соответствующие входы М блоков 10 оптимального разрешения.

Каждый m-й из М блоков оптимального разрешения формирует на своем выходе со ст авляющую опт имального выходного эффекта совместного разрешения-измерения перекрывающихся по, спектру сигналон ).„1 f „1, которым 6

Набор отсчетов 7**tЧ,),ie1,Ко с вы-. хода блока 4 перезаписывается в буферный запоминающий блок 8, а также поступает на вход квадратора 5, формирующего на своем выходе К отсчетов квадраторов модулей ) Ч; 1 ° Блок 7 обнаружения. путем перебора отсчетов

I ׄ, поступающих íà его вход, находит грубую оценку границ поддиапаэонов, в которых сосредоточен энергетический спектр перекрывающихся сигналов. Интерполятор 6, используя информацию, заложенную в сигналах, поступающих на его входы с выходов блока 7 обнаружения и квадратора 5, формирует на своем выходе оценку поддиапаэонов, в которых сосредоточены сигналы,посредством восстановления точной формы их совместного энергетического спектра..

Значения номеров отсчетов, соответствующих оценке границ поддиапазонов, в которых сосредоточены частоты перекрывающихся по спектру N сигналов, поступают на соответствующий вход буферного запоминающего блока 8. При этом из буферного запоминающего блока 8 в первый внутренний буферный регистр блока 9 сочетаний перезаписывается набор из фиксированного числа К тех отсче1 тов ) У;, которые сосредоточены в границах оцененных поддиапазонов, а во второй внутренний буферный регистр блока 9 перезаписываются номера К этих отсчетов, несущие информацию о значении отсчетов частоты, в окрестности которых сосредоточен совместный энергетический спектр перекрывающихся сигналов. Блок 9 сочетаний

ФоРмирует на каждой из М групп своих первых выходов по N различных сочетаний (без перестановок и повторений) отсчетов (Y„.) где число

) = †)с " М наборов отсчетов Ф (к„-н) .н ..

Ф (Ч ) с,с е1,м поступают далее с первых является логарифм совместной функци правдоподобия всех, сигналов. Последний в Рассматриваемом случае paзре"щения По частоте может быть выражен

B виде эрмитовой формы

Л„р„, =Ч ч- р — вектор с элементами

7 1З

/ выходов всех блоков 11 через квадраторы 12 (осуществляющие операции взятия квадратов модулей) значения Хр М„„Я поступают на N Ьходов сум- матор™а 13, Формирующего на своем выходе (являющимся выходом m-го блоха

l0 оптиМального разрешения) значение

m-й составляющей оптимального выходного эффекта совместного разрешения-измерения А„ Г

Набор М составляющих „ М с выходов всех блоков 10 поступает на соответствующие входы решающего блока 14, где путем перебора значений составляющих оптимального зф4iekxа совместного -разрйшения -" йзмерения находится максимальная из них

По набору номеров максимальной составляющей (7(иэ внутреннего входиого буферного регистра решающего блока 14, где записаны номера всех наборов отсчетов 1„ )э в выходной буферный регистр блока 14 перезаписывается набор из N этйх"но- меров отсчетов по частоте 11 у.,которые соответствуют номеру максимальной составляющей оптимального эффекта совместного разрешения-измерения, и однозначно связаны с набором значений совместно-эффективных оценок частот

<-1 .-,,,,..., )+„ш,i av,......i qtja

441,...1я М, 1 Х

И перекрывающихся по спектру сигналов (сигналов, неразрешаемых по Релею) .

Таким образом, эа счет осуществления в предлагаемом измерителе операций, реализующих процедуру оптимального совместного разрешения-измерения перекрывающихся по спектру (вне Релеевских) N сигналов, предложенный цифровой панорамный измеритель частоты обеспечивает получение совместно эффективных оценок неизвестных частот всех К сигналов с точностными характеристиками, близкими к теоретически предельным,что существенно повышает разрешающую способность и точиость совместного изме-рения частот и тем саум расширяет

Функциональные возможности измери"" теля частоты.

Формула изобретения

Цифровой панорамный измеритель частоты - содержащий блок преобразова7857 ния сигналов в цифровую рМу управ, ляющие входы которого соот вет ст вен- но подключены к выходам квадратурного генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, выходы блока преобразования сигналов в циф5 ровую форму через последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерполятора, решающий блок, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности совместного измерения частот нескольких перекрывающихся по спектру сигналов, в него

35 введены М блоков оптимального разрешения, блок сочетаний, буферное запоминающее устройство и блок обнаружения, входы которого соединены с выходами квадратора, а выходы блока обнаружения подключены к вторым входам интерполятора, выходы ! которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройфва, вторые входы которого подключеНЫ к входам квадратора, выходы буферного запоминающего устройства соединены со входами блока сочетаний, первая и вторая группы выходов которых подключены соответственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешения, выходы которых соединены С"первыми входами решающего блока, вторые входы которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.

2. устройство по и. l, о т л и ч ающ е е с я тем, что каждый блок оптимального разрешени я содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через п квадраторов подключены к входам сумматора,причем первые входы N блоков линейных комбинаций являются первыми входами блока оптимального разрешения, вторые входы N блоков линейных комбинаций являются вторыми входами блока, а выход сумматора — выходом блока оптимального разрешения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. 1ЕЕЕ Transaction on Jn f ormation Theory, vol, 1Т-20, 1974, р 104-109.

2. Авторское свидетельст во СССР

Р 569961, кл. G 01 R 23/00 25.08,77.

737857 рихад

Тираж 1019 - - - Подписное

ILHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2654/25

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная. 4

Составитель В. Степанов

Редактор Т. Рыбалова Техред М.Петко Корректор М. Пожо