Устройство для цифровой обработки сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 10. 10. 77 (2! ) 2534762/18-09 (1) М. Кл

Союз Советских

Социалистических

Республик

G 06 1= 7/20 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230780. Бюллетень ¹ 27 (53) УДК 621. 396.

° 96 (088. 8) Дата опубликования описания 250780 (72) Авторы изобретения

С. Л. Голинец, С. Е. Фалькович, В. В. Пискорж и А. А. Чумаченко (71) Заявитель

Харьковский авиационный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ

СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиотехнике.

Известно устройство для цифровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому и второму управляющим входам первого канала преобра ования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы кана-0 лов преобразования сигнала соединены с выходами соответствующих буферных регистров, выходы которых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого 15 через квадратор подключен к входу буферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному 20 входу интерполятора 11) .

Однако известное устройство имеет невысокое быстродействие, связанное с необходимостью вычислять М энерге- 25 тических спектров колебаний, зарегистрированных в М каналах преобразования сигнала.

Цель изобретения — повышение быст.родействия. 30

Для этого в устройство для цифровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому-и второму управляющим входам первого канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы каналов преобразования сигналов соединены с входами соответствующих буферных регистров, выходы которых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор подключен к входу буферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному входу интерполятора, введены блок управления, два квадратурных гетеродина и дополнительный генератор сигналов дискретизации, выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам второго канала преобразования сигнала, причем третий и четвертый управляющие входы каналов преобразования сигнала соединены с выходами квадратурных гетеродинов, к управляющим входам которых подключе750481 ны выходы блока управления, вход которого соединен с выходом генератора.

На чертеже изображена структурная электрическая схема предложенного устройства, Устройство содержит два канала 1 в Я преобразования сигнала, буферные) регистры 3, 4, квадратурные гетеродины 5, б, генераторы 7 и 8 сигналов дискретизации, блок управления 9, блок 10 вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор 11, буферный блок памяти 12, интерполятор .

13 и блок 14 обнаружения сигнала.

Устройство работает следующим образом.

На сигнальные входы обоих каналов 1 и 2 преобразования сигнала через сигнальный вход 15 поступает измерительный сигнал

0(t) SoCos(2n (fo t+ ft )++)(1 )

Г (1,-, F); f, q (f f ), где So — амплитуда сигнала, à — значение частоты сигнала, fz — значение производной частоты сигнала в момент

t=0 интервала наблюдения t C(O,Ò), а на первый и второй управляющие входы — сдвинутые друг относительно дру га на фазовый угол R /2 — колебания квадратурных гетеродинов 5 и б. B nep вый канал поступают сигналы с первого гетеродина 5, представляющие собой линейно-частотномодулированные (ЛЧМ) — колебания вида:

U„=S i n2X 1(fo F) + fyppY) t (2) г —

Uc =Cos2xГ(f -F) + f Äp )t — при и q (O, r) .

ЛЧМ вЂ” добавка гетеродинирующего колебания íà i-м этапе измерения примерно равна оценке ускорения на предыдущем интервале наблюдения, т.е.

Г;„,Р= f . В первом канале 1 измерительный сигнал после гетеродинирования подвергается низкочастотной фильтрации, что позволяет сформировать на базе принятого сигнала низкочастотный аналитический сигнал, спектр которого сосредоточен в области Ы (0,2Г), при этом составляющие сигнала за счет ускррения скомпенсированы ЛЧМ вЂ” составляющей гетеродинирующего колебания. Далее обе компоненты низкочастотного аналитического сигнала дискретизируются с постоянным шагом

ht =

За интервал наблюдения Т в регистре первого канала преобразования сигнала в цифровую форму накапливается й= „-1дискретных отсчетов сигнала.

Во втором канале измерительный сигнал подвергается гетеродинированию колебаниями квадратурного гетеродина 6

U@=Sin2> (fo F+fyï ) (3)

Г

U„ =Cos2 Jt (f - F + fynp) t, 5

1Î

2Î

ЗО

65 где Г„д представляет собой экстраполированное на основе оценок частоты и производной частоты на предыдущих этапах измерений значение частоты низкочастотного сигнала в момент t-=0 интервала наблюдения.

Затем осуществляется низкочастот.— ная фильтрация в диапазоне fe(0,2F) выходных сигналов смесителей, что позволяет выделить комплексную огибающую сигнала. Обе компоненты огибающей дискретизируются в неравноотстоящие моменты времени, причем момент взятия К-го отсчета задается генератором 8 сигналов дискретизации согласно правилу

/ ь-с= 4/ 2/1 „1, (!!)

С помощью двух аналогово-цифровых преобразователей второго канала отсчеты огибающей преобразуются в цифровой код. За интервал наблюдения Т в регистре 4 второго канала накапливается M=fT>/ьчдискретных отсчетов комплексной огибающей сигнала.

По окончании интервала наблюдения содержимое регистров обоих каналов переписывается в соответствующие буферные регистры 3 и 4. Сразу же после этого начинается повторное заполнение регистров каналов новой информацией.

Блок 10 вычисления дискретного преобразования Фурье по N=(2 !) дискретным отсчетам низкочастотного аналитического сигнала из буферного регистра 3 вычисляет 2N отсчетов и его Фурьеспектр в диапазоне f F (0,2F) с шагом лГ= !/2 . Квадратор 11 путем нахождения квадратов модулей отсчетов Фурьеспектра формирует 2N отсчетов энергетического спектра, которые помещаются затем в буферный блок памяти 12.

Сразу же после этого блок 10 начинает обрабатывать отсчеты комплексной огибающей измерительного сигнала из буферного регистра 4, трактуемые как равноотстоящие отсчеты низкочастотного аналитического сигнала. Для обеспечения полной загрузки входного регистра блоком 10 М отсчетов комплексной огибающей дополняются й-М нулевыми отсчетами.

Блок 14 обнаружения на основе анализа отсчетов энергетического спектра в буферном блоке памяти 12 формирует грубую оценку частоты измерительного сигнала, которая затем с помощью интерполятора 13 уточняется.

Сформированная оценка частоты f;

Мпоступает в блок управления 9.

В освобождающийся буферный блок памяти 12 загружаются отсчеты энергетического спектра нелинейно сжатого во времени по отношению к исходному сигналу по закону x = t ко2 лебания, по которым с помощью блоков 14, 13 формируется оценка ускорения на -м интервале наблюдения, численно равная частоте сжато750481

Ф

Го колебания. Оценка 1;+ поступает в

>лок управ> е» ия 9.

Елок управления 9 на основании хранящихся в его памяти данных об оценках частоты и производной частоты сигнала на нескольких предшест- 5 вующих интервалах измерений экстраполирует значение частоты сигнала и ее производной на момент начала очередного измерения и формирует соответствующие управляющие сигналы для гетеродинов 5 и 6.

В самом простом случае производная частоты 1„„ не экстраполируется и численно принимается равной оценке производной частоты на предыдущем интервале наблюдения; значение частоты .>», Ю линейно экстраполируется:1;„„ =f,1f .Т

В установившемся режиме на первйе и нторые управляющие входы первого и второго каналов преобразования сигнала н цифровую форму подаются колебания, следящие соответственно за производной частотой и частотой сигнала, что позволяет полностью компенсировать мешающее воздействие неизмеряемых в данном канале параметров сигнала.

Измерение производной частоты может быть осуще" òâëåíî по описанной выше методике. Пусть измерительный сигнал имеет, вид

U(t)=е (с (5) 30

Выделяя комплексную огибающую с »/ (t )»» (t )»>-> Ют Ес1 e>2%Åt (g ) и осуществляя нелинейнсе сжатие ее во времени по закону с = », где — новый временной масштаб, мы получаем аналитический сигнал »/ (ь) = q"" +с частота которого однозначно соответствует производной частоты исходного измерительного сигнала. Для измерения частоты указанного сигнала, поло- 45 са частот которого численно равна (- Г„»ц f ), применима стандартная методика измерения частоты аналитического сигнала.

Таким образом, предлагаемое устрой-50 ство, имеющее примерно в 1, ) раз меньший по сравнению с прототипом аппаратурный объем, способно обеспечить измерение частоты сигнала и ее производной от одной цели с точностями, близкими к .потенциальным. Кроме того, предлагаемому устройству присуще существенно более высокое быстродействие, обусловленное необходимостью вычислять только два (вместо М ) энергетических спектра.

Формула изобретения

Устройство для цифровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому и второму управляющим входам пер-

1 ного канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы каналов преобразования сигнала соединены с входами соответствующих буферных регистров, выходы которых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через кнадратор подключен к входу буферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительно»»у входу интерполятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены блок управления, два квадратурных гетеродина и дополнительный генератор сигналов дискретизации, выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам второго канала преобразования сигнала, при чем третий и четвертый управляющие .входы каналов преобразования сигнала соединены с выходами квадратурных гетеродинов, к управляющим входам которых подключены выходы блока управления, вход которого соединен с выходом интерполятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Р 2433528/ 09, кл. G 06 F 15/34, 1976 (прототип).

750481

Составитель Е. Погиблов

Тех ед Я, Бирчак Ко екто И. МУска

Редактор Н. Козлова

Заказ 4650/38 Тираж 751 Подписное цНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ПП "Патент", г. Ужгород, Ул. Проектная,4