Цифровой анализатор спектра

 

ОП ИСАНИЕ >798615

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социвлистическкх

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено23.02.79 (21) 2727873/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) П риоритет

Опубликовано 23.03..81 Бюллетень № 3 Дата опубликования описания 25.0l.81 (51)M. Кл.

6 01 R 23/Oa

3Ъеударетваинмй комитат СССР но делам изобретений н открытий ЗЗ) ДК 88 . 323(088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Якименко, A. Ф. Бульбанюк, E. Г. Пащенко и А. П. Рязанов я»» а т р йаа т денинградсний ордена Ленина елентротехничес»е»й..„""""*» " йй институт им. В. И. Ульянова (Ленина» (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОИ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к специализированным средствам измерительновычислительной техники, предназначенным для исследований частотных свойств случайных электрических сигналов, характеризующих, например биологические структуры в медицинских эксперимен - тах или технические объекты в промышленности.

Анализ ряда ортогональных составляющих спектра производится аппаратурой

10 с использованием или одной из модификаций дискретного преобразования Фурье (,ППФ)- с разложением сигнала в ряд

Фурье (при использовании тригонометри15 ческих базисных функций) или с использованием разложения в ряд Уолша-Фурье (при использовании кусочно-постоянных базисных функций Уолша, простых для генерирования и умножения) .

Известен ортогональный анализатор спектра содержащий блок выборки и распределения сигнала, состоящий из генератора тактовых импульсов с послецо2 вательно соединенным устройством дискретной выборки и коммутатора; постоянного запоминающего устройства, подключенного входом к третьему выходу генератора тактовых импульсов,,а выходомйк выходам двух цифроаналоговыхт преобразователей, другие входы которых объедине» ны и соединены с выходом коммутатора, при этом выходы ттифроаналоговых преобразователей, через интегрирующие усилители, соединены с выходами анализатора спектра(1 1. Недостатками такого анализатора являются трудности вычисления одновременно нескольких сотен составляющих спектра и невысокое быстродействие в реальном масштабе времени.

Известно более быстродейс твующее цифровое устройство для вычисления ,спектра, содержащее последовательно @уе диненные коррелятор, первый переключатель, запоминающее i устройство, второй переключатель, умножитель и интегратор, ко второму выходу второго переключателя лодключен управляемый регистр; к выходу

35 анало о-цифрового преобразователя подЦифровой анализатор спектра содержит

40 последовательно соединенные квантователь 1, переключатель 2, ждущий. генератор 3 гармонических колебаний, аналого-цифровой преобразователь 4, а также блок 5 синхронизации, тактовый

45 генератор 6, блок .7 памяти произведе. ний, накапливающий сумматор 8, блок 9 формирования адреса, первый выход которого соединен с управляющим входом накапливающего сумматора 8, второй

SS интегратора - последовательно соединенные блок весовых коэффициентов, шифратор и схема сравнения, а ко второму входу умножит еля — блок памяти базисных функций. Управление процедурой формирования спектра осуществляется блоком синхронизации через делители частоты, счетчик гармоник, счетчик ординат, дешифратор и переключатель кода(2).

Недостаток цифровых анализаторов— в необходимости наличия входного (буферного) запоминающего устройства на большое количество выборок; наличия многоканального умножителя и блока памяти базисных функций, а также сложные связи элементов управления блоком памяти при одновременном считывании ряда отсчетов базисных функций.

Стремление к минимизации связей устройств и элементов управления; а также. к простоте процедуры обработки сигнала и преобразования промежуточных результатов — выполнения умножения, формирования сетки частот базисных функций, приводит к разработке анализаторов с комбинированным принципом действия с применением операций, эквивалентных сжатию сигнала или сжатию базисных функций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автоматический анализатор, спектра с цифровой обработкой информации, содержащий квантователь, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления, и последовательно соединенные переключа— тель, ждущий генератор, аналого-цифровой преобразователь и сумматор-накопитель, при этом второй выход блока управления соединен со входом тактового генератора импульсов переменной (управ ляемой) частоты повторения, выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а к выходу ждущего генератора подключен ключ, соединенный выходом с шиной . нулевого потенциала )3).

Недостатком является анализ в реальном масштабе .времени только низкочастотных сигналов — верхней частотой не более нескольких сотен Гц, так как для достаточно высокой точности формирования оценки спектра -необходимо увеличиВать кОличестВО ВхОдных Выбор9к сигнала. Но это приводит к такому же увеличению необходимого количества периодов гармонической функции, которые определяют быстродействие анализатора.

Цель изобретения — повышение быстродействия анализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой анализатор спектра, содержащий накапливающий сумматор, квантователь, первый выход которого является входом анализатора, а выход подключен к информационному входу переключателя, выход которого соединен с первым входом ждущего генератора гармонических колебаний, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, управляющие входы квантователя и переключателя подключены к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого соединен со вторым входом ждчцего генератора гармонических колебаний, введены блок памяти произведений и блок формирования, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а выходы подключены соответственно к к первым входам накапливающего сумма тора и блока памяти произведений, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и тактового генератора, вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, второй вход накапливающего сумматора подключен к выходу блока памяти Ilpoизведений. К первому управляющему входу которого и к управляющему входу ключен выход тактового генератора.

На чертеже представлена блок-схема цифрового анализатора спек тр а. выход — со вторым управляющим входом блока 7, к первому входу которого и к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 4 подключен выход тактового генератора 6.

Цифровой анализатор спектра работает следующим образом.

Перед началом работы все устройства анализатора установлены в исходное ну7986 левое состоЯние, переключатель 2 разомкнут.

Исследуемый электрический случайный сигнал Х (1 ) подается на вход квантователя l и по командам с блока 5 управления преобразуется в дискретную форму Х (ь bt ) . .Одновременно с получением первого отсчета блок 5 управления переводит подвижный контакт переключателя 2 в замкнутое положение и мгновенно возвращает в исходное, благодаря чему на управляющий вход ждущего генератора 3 поступает возбуждающий импульс: в генераторе 3 возбуждается гармоническое колебание частоты с 15 амплитудой, равной амплитуде возбуждающего импульса.

Одновременно в блок 9 от блока 5 управления синхронизации передается код, соответствующий 8.= 1, для задания по- 2о рядка считывания данных с блока 7 памяти произведений. На тактовый генератор 6 подается команда о начале дискретизации гармонического колебания с преобразованием его в последовательность 25 кодов.

Гармоническое колебание с выхода ждущего генератора 3 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 4 и в течение l/4 периода (или полуперио- Зо да) преобразуется в кодовую последовательность с постоянной частотой F

Частота " при этом является частотой записи кодов с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 в устройство 7 запоминания произведений, в ячейках которого запоминается следующее произведение

К!Ф

Г1 =х(ъ )х

МТ М-К а<> >

Т"

4 С4(СЗЧ 3) Отсюда следует, что в ЗМ -„раз увеличивается быстродействие вычислений и верхняя частота анализа в реальном масштабе времени.. При М >i 50 это составляет более, чем в 150 раз повышение верхней частоты диапазона х соЯ(22 ha с 11 ь:4 2...к Ф, где К вЂ” количество вычисляемых ординат спектра;

ЕЦВ Ч<,=Со15 - заданная частота возбуждения колебаний;

 — масштабный коэффициент шкалы частот; дС „- время записи кода одной

3ОП выборки произведения (1) в устройство запоминания.

По другой команде с блока 5 синхронизации срабатывает блок 9 формирования адреса,. формируя с частотой Р фпоследовательность кода адресов считывания выборок произведения (l) из ячеек уст15 6 ройства 7 запоминания произведений..Так как Г >1 F>>< (практпчески многие импульсные устройства имеют F p(10+50. Д то считывайие выборок произведения (l/4 - периода базисной функции на один отсчет входного сигнала Х ((ZAN) производится в ускоренном ритме.

В накапливающем сумматоре 8 из произведения (l) формируется полный период базисной функции с амплитудой, пропорциональной Х (1Ы), а изменение знака для задания отрицательного полупериода этого произведения, перед его записью в К ячейки сумматора, осушест» вляется по команде со второго выхода счетно-адресного устройства 9.

Таким образом, первый цикл обработки сигнала и накапливания информации производится за время

4 4 С 4 сФ Ч (К

За в () где Д =++30ll1 /ЬСс — коэффициент усксфения.

Аналогично осуществляются операции преобразования при втором цикле и последующих циклах.

После М-ого цикла обработки в накапливающем сумматоре 8 формируется сумма, описывающая спектп сигнала к)4 л 46 р Р, (.в=в Zq-) z d(- е

Р=1 (Ъ) гже P — номер полупериода базисной функции.

При этом каждый из М циклов выполняется за одинаковое время, равное Т„, так они состоят из одинаково% го количества операцие — записи l/4 периода произведения fl; формирования кодов адресов считывания К выборок этого произведения; запись этих К выборок в накапливающий сумматор, Таким образом, если в прототипе

М-ый цикл выполняется за время в М раз большее, чем при первом цикле, то в описываемом цифровом анализаторе время вычисления спектра уменьшено вg раз, те.

7 7986 анализа, что в нас тояшеей время (при современном состоянии;микроэлектронной Ьлементной базы) достигщуг 50

l00 кГц.

Сокращение времени выполнения каждого цикла обработки сигнала при N порядка нескольких десятков, увеличивает быстродействие анализа и реализуется на микропроцессорных элементах.

Формула изобретения

Цифровой анализатор спектра, содержащий накапливающий сумматор, квантова- д тель, информационный вход которого является входом анализатора, а выход под- ключен к информационному входу переключателя, выход которого соединен с первым входом ждущего генератора гармонических колебаний, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен выходом тактового генератора, управляющие входы квантователя и переключателя подключены к первому выходу блока синхронизации второй выход которого соединен со вторым входом

l5 8 ждущего генератора гармонических колебаний,отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в анализатор спектра введены блок памяти произведений и блок формирования, вход которого соединен с третьим выходом лока синхронизации„ а выходы подб ключены соответственно к первым входам накапливающего сумматора и блока памяти произведений, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом аналого-цифрового преобразователя и тактового генератора, вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, второй вход накапливающего сумматора подключен к выходу блока памяти произведений.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

3.. Авторское свидетельство С(. Ср

N. 550522, кл. G 01 К 23/l6 l976.

2. Авторское свидетельств СССР

% 5 32863, кл. G 06 г l 5/34, 1 97 4.

3. Авторское свидетельство СССР

М 525895 кл. О 01 Р 23/00, 197 (прототип) .

ВНИИПИ Заказ 10018/55 Тираж 743 Подписное филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4