Цифровой спектроанализатор
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
G 01 В 23/16 9Ье7дараеаиный комитет СССР. ао калаи иэооретекий н открытий (5З) УД К 621.317. .757 (0888) Опубликовано 30.08 81. Бюллетень Рй 32 Дата опубликования описания 3008.81 (72) Авторы изобретения М. М. Барашков, Ю. П. Гнучев, М. И. 1фалыкин и А. П. Мартын >в $ (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР Изобретение относится к измерительной тех-1 нике и может быть использовано в радиопеленгации, радиолокации и других областях техники, где необходимо проводить анализ спектра сигналов, Известны анализаторы. спектра, построенные на использовании быстрого преобразования Фурье и содержащие аналого-цифровые преобразователи, умножители, сумматоры, преобразователи кодов, логические элементы, блоки памяти, соединенные по схеме процессора {1). Недостатком этих анализаторов являются черезмерно большие затраты оборудования в случаях, если преобразование необходимо производить в реальном масштабе времени, либо недостаточное быстродействие. Известен цифровой спектроаналиэатор, в ко- ° тором используется дискретное преобразование Фурье, содержащий блок синхронизации, анало ro-цифровок преобразователь, блок умножения, блоки постоянной, динамической и долговременной памяти, блок управления адресом выборки, сумматоры, дешифратор, формирователь, блок вычисления спектральных коэффициентов и управляемые вентили 12). Недостатком известного устройства является низкая точность, которая обусловлена мешающим влиянием боковых лепестков при обработке прямоугольного радиоимпульса и малое быстродействие, определяемое операцией умножения и формирования опорных функций. Кроме того, известное устройство не позволяет измерять фаэовое распределение спектральных составляннцих сигнала. Цель изобретения — повышение точности и. быстродействия. Укаэанная цель достигается тем, что цифровой спектроанализатор, .содержащий аналогоцифровые преобразователи, сумматор, блок управления и синхронизации и блок вычисления, снабжен m ° -n смесителями, синтезатором гетеродинных сигналов, m блоками запоминания и коммутации, блоком преобразования информации, двухэарядным счетчиком, блоком весовой обработки, блоком коммутации выборок, блоком анализа знака, сдвигающим регистром, счетчиком выборок и элементом сравнения, I 859950 l0 20 ЭО 40 45 причем первые входы всех смесителей соединены, вторые входы подсоединены соответственно к выходам синтезатора гетеродинных сигналов, а выходы каждого из m групп смесителей соединены соответственно с входами блоков коммутации, выходы каждого из m блоков запоминания и коммутации через соответствующий аналого-цифровой преобразователь подсоединены к входам блока преобразования информации, управляющие входы блоков запоминания и коммутации соединены с одним из выходов блока управления н синхронизации и через счетчик выборок — с одним из входов элемента сравнения, а через двухзарядный счетчик — с одным иэ входов блока анализа знака, второй вход которого соединен с знаковым выходом блока преобразования ийформации, выход которого через блок весовой обработки соединен с одним из входов блока коммутации выборок, второй вход которого соединен с выходом блока анализа знака, а выход — с одним нз входов сумматора, второй вход которого через сдвигающий регистр присоединен к его выходу и одному из входов блока выщсления, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, своим вторым входом подсоединенного ко второму выходу блока управления и синхронизации, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с входамн синхронизации блока преобразования информации, управляющими входами аналогоцифровых преобразователей, синтезатора гетеродинных сигналов и блока весовой обработки, Структурная схема цифрового спектроаналиsàtopa приведена на чертеже, Цифровой спектроацаяиэатор содержит следующие функциональные узлы, смеснтелн 1 — ll — l — m — n, синтезатор 2 гетеродиш1ых сигналов, .блоки 3-1 — 3 — m, аналого-цифровые преобразователи 4 — 1 — 4 -m, блок 5 преобразования информации, двухзарядный счетчик 6, блок 7 весовой обработки 7, блок 8 коммутации выборок, блок 9 анализа знака, сумматор 10, сдвигающий регистр 11, счетчик 12 выборогс, элемент 13 сравнения, блок 14 вычисления и блок 15 управления и синхронизации. Устройство работает следующим образом. На первые входы смесителей 1-11 — 1 — m — n поступает анализируемый сигнал 1, а .на вто50 рые входы — гетеродинпые сигналы от синтезатора 2 гетеродинных сигналов с частотами 1 ;—, Гетеродинные частоты формируются синf Ф-n тезатором 2 гетеродинных сигналов в соответствии со следующим выражением: = f<> + ((n — 1) + (m — 1)М)Ы, где М вЂ” величина расстановки фильо тровых сигналов по частоте; n = 1, 2 ., Й вЂ” номер смесителя в группе; m = 1, 2 ... М вЂ” номер группы смесителей; f0 — начальная частота, Величина Ь1 задается от блока 15 управления и синхронизации и поступает на синтезатор 2 гетеродинных сигналов. Начальные фазы гетеродинных сигналов в момент начала измерения устанавливаются равными нулю. Преобразованные сигналы от смесителей 1 — ll — 1 — 1 — n u 1 — m-1 — 1 — m-n поступают соответственно на блоки 3 — 1 — 3 — m запоминания и коммуТации выборок, где производится дискретизация и запоминание мгновенных значений выборок сигнала по импульсу кодирования Т поступающему от блока 15 управления и синхронизации. Запомненные величины выборок последовательно во времени в каждой группе и параллельно по группам с частотой n ° Т,< подаются на входы соответствующих аналого-цифровых преобразователей 4 — 1 — 4 — m, где производится преобразование запомненных выборок в код Х "ч. Число смесителей в группе к определяется следуюши соотношением: и А 1 иъм где Ьt — интервал дискретизации; т — время преобразования аналогоИЪМ цифрового преобразователя. Коды выборок Х roc выхода аналого-цифровых преобразователей 4 — 1 — 4 — m поступают на блок 5 преобразования информации, на выходе которого с тактом тпТ образуются последовательно во времени выборки Х,, мо ии дули которых поступают на блок 7 весовой обработки, где производится их умножение на весовые коэффициенты а„, апроксимирующие заданную весовую функцию (например, функцию Хэмминга). Прямые и инверсные коды а, X К" поступают на блок коммутации выборок 8, управление которым производится выходным сигналом с блока.9 анализа знака, на первый вход которого поступает знак выборок Х, а на второй его вход меандр от дьухразрядного счетчика 6 с частотой, равной 1/4 Т, и определяющей знак опорных функций. На выходе блока 8 коммутации выборок 8 образуются прямые или обратные коИ1И ЛЬ1 в зависимости от произведения знака Хк и знака опорных функций, то есть на выходе блока 8 коммутации выборок образуются произведения выборок сигнала на опорные функции а, Х к" coscv kit и а Хк sitmp kit, причем cos ",„«и= 2 а„Х " СОВМ К, К=О 859950 где P — число выборок в интервале накопления. Время операции умножения значения выборки сигнала на выборку опорной функции опрепеляется одним тактом работы сумматора 10, таким образом, число групп М можно определить по формуле кс,, где г — время работы сумматора 10. Число P задается с блока 15 управления и синхронизации, которое поступает в виде кода. на один из входов элемента 13 сравнения, а на другой вход которого выдается текущий код числа выборок со счетчика 12 выборок. С момента поступления импульса сравнения от элемента 13 сравнения на блок 14 вычисления производится вычисление амплитуды и фазы сигнала в m — n-ом фильтровом канале по значениям Д гн В,„,„, поступающим с сумматора 10 по следующим формулам: и -м Ч = оi-сt.g— Ю-и 1 и-И 0 „- . д, Предлагаемый цифровой спектроаналиэатор, благодаря простой перестройке, может быть применен для исследования сигналов с различной разрешающей способностью. Последнее достигается выбором различного числа выборок. Цифровой спектроанализатор позволяет производить измерение фазовых сдвигов между различными составляющими спектра исследуемого сигнала, при этом точность и быстродействие выше, чем у известного. Формула изобретения Цифровой спектроанализатор, содержащий аналого-цифровые преобразователи, сумматор, блок управления и синхронизации и блок вы. числения,отличающийся тем,что, с целью повышения точности быстродействия, ои снабжен т и смесителями, синтезатором гетеродинных сигналов, m блоками запомина40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе с 1. Авторское свидетельство СССР; Р 607213, кл. G 06 F 7/38. 1975. В = Е 1 ), 61ИЩ) К1 t K=@ 6 ния и коммутации, блоком преобразования информации, двухраэрядным счетчиком, блоком весовой обработки, блоком коммутации выборок, блоком анализа знака, сдвигающим регистром, счетчиком выборок и элементом сравнения, причем первые входы всех смесителей соединены, вторые входы подсоединены соответственно к выходам синтезатора гетеродиниых сигналов, а вйходы каждого из m групп смесителей соединены соответственно с входами блоков коммутации, выходы каждого из m блоков запоминания и коммутации через соответствующий аналого-цифровой преобразователь подсоединены к входам блока преобразования информации, управляющие входы блоков запоминания и коммутации соединены с одним иэ выходов блока управления и синхронизации и через счетчик выборок — с одним из входов элемента сравнения, а через двухзарядный счетчик — с одним из входов блока анализа знака, второй вход которого соединен с знаковым выходом блока преобразования информации, выход которого через блок весовой обработки со.. единен с одним из входов блока коммутации д выборок, второй вход которого соединен с выходом блока анализа знака, а выход — с од. ним из входов сумматора, второй вход которого через сдвигающий регистр присоединен к его выходу и одному из входов блока вычиси ления, второй вход которого соединен с выходом элемента сравнения, своим вторым входом подсоединенного ко второму выходу блока управления и синхронизации, третий, четвертый, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с входами син;;ронизации блока преобразования информации, управляющими . входами аналого-цифровых преобразователей, синтезатора гетеродинных сигналов и блока весовой обработки. (2. Авторское свидетельство СССР И 634З9, кл. G 01 и 23 00, 1976. 859950 Составитель А, Орлов Редактор М. Лысогорова- Техред А. БабинецКорректор Л. Иван Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 7540/68 Тираж 732 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
