Панорамный измеритель частоты

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Oll NCAHHK

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii930141 (6} ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 18.07.80. (2}) 2963777/18-21. с присоединением заявки М (51)М. Кл.

Q 01 Я 23/00

3Ъсударстеенны1 камнтет

СССР пв делам нзабретеннй н открмтнй (23) П риоритет

О (53) УД К621.317 (088.8) Опубликовано 23.05.82. Бюллетень №19

Дата опубликования описания 23.05.82

С. Е. Фалькович,,й. Н. Коновалов и А. Д. Абрамов (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель

Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н. E. Жуковского (54) ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для совместного измерения частот двух однс временно наблюдаемых монохроматических колеба ний.

Известен панорамный цифровой измеритель частоты, содержащий квадратурный преобразователь частоты, генератор квадратурных сигналов, две идентичные цепочки, состоящие из последовательно соединенных дискретизаторов и аналогоцифровых преобразователей, блок вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор, блок грубой оценки тастоты и интерполятор (1) .

Однако этот измеритель обладает низкой разрешающей способностью.

Известен также цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий квадратурный преобразователь частоты, управля- ющие входы которого соответственно подключены к выходам квадратурного генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, выход квадратурного преобразователя частоты через последова- тельно соединенные цифровой преобразователь, блок вычисления дискретного преобразователя Фурье, буферное запоминающее устройство и блок сочетаний подкиочен к соответствующим входам М блоков оптима пьного. разрешения и решающему устройству, причем выходы блока дискрет ного преобразования Фурье через последовательно соединенные квадратор, блок обнаружения и интерполятор соединены с соответствующими входами буферного запоминающего устройства, а выходы квадратора - с соответствующими входами интерполятора (2}.

Данный измеритель, обеспечивая разрешение - измерение перекрывающихся по спектру сигналов обладает конструктивной сложностью, ограничивающей как надежность, так и область его применения.

Бель изобретения — уменьшение аппаратурного объема и повышение надежнооти при сохранении точности совместного

0141 4.РассмотриМ конкретный случай (для определенности), когда сигналы представляют собой гармонические колебания с частотами f f + Г ; (i 1,2), где

- средняя частота занимаемого сигна3 03 измерения частот перекрывающихся по спектру сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известный панорамный измеритель частоты, содержащий квадратурный преобразователь частоты, сигнальный вход которого соединен через ключ блока у управления с входом устройства, выходы квадратуриого преобразователя чаоЪ тоты соединены с соответствующими входами блока вычисления дискретного преобразования Фурье, управляющие вхвды квадратурного преобразователя частоты

1 соединены соответственно с выходами квадратурного генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, введЬны решающий блок и два блока структурной обработки, каждый иэ которых содержит четыре цепочки, состоящие иэ последовательно соединенных блока ве

coaoro преобразования, сумматора и аналого-цифрового преобразователя, при этом входы блоков структурной обрабо1 ки соответственно подключены к синфаэ ным и квадратурным выходам блока вычисления дискретного преобразования

Фурье, а выходы к первым входам решающего блока, второй вход которого соединен с выходом блока управления.

На чертеже представлена структурная схема панорамного измерителя частоты.

Она содержит квадратурный преобразователь 1 частоты, квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации, блок 4 вычисления дижретного преобразования Фурье, блок 5 управления, решающий блок 6, два блока

7 структурной обработки, каждый иэ которых содержит цепочки 8-11, составленные из последовательно соединенных блока, 12 весового преобразования, сумматора 13 и аналогоцифрового преобразователя 14.

Блок 5 управления содержит последовательно соединенные источник 1 5 постоянного напряжения, ключ 16, дифференцирующий усилительформирователь

17, одновибратор 18 и ипоч 1 9, а также блок 20 выделения заднего фронта.

Измеритель работает следующим образом. лами частотного диапазона.. При этом колебание на входе измерителя частоты, Щ1 (е(„"1

Здесь е.„ф.„ I е = а; " j b; постоянная (в пределах интервала наб16 людения Т) комплексная амплнтула сиМанала < -го источника неизвестной чаототы. При замыкании на время S c ключа 1 6, положительный перепад напряжения с выхода источника 15 постоян}

4ого напряжения поступает через диффе. ренцирующий усилитель формирователь 17 (на выходе которого выделяется прямоугольный импульс, соответствующий переднему фронту перепада напряжения) на

20 вход одновибратора 18, а также через

O блок 20 выделения заднего фронта - на управляющий вход решающего блока 6.

На выходе одновибратора 18 формируе1

25 ся прямоугольный импульс длительности Т, который по входу открывает ключ 19.

В результате, суперпозиция сигналов U tt) в течении интервала времени Т поступает на вход квадратурного преобразователя 1 частоты. Квадратурный.преобразователь 1 частоты осуществляет предварительную согласованную фильтрацию принимаемых

1 . колебаний; Ь - = На выходе квадра2 : турного преобразователя 1 частоты фор35 мируется набор из Я =2T Т отсчетов

l1l синфаэных и квадратурных составляющих комплексной огибакяцей принимаемой суперпозиции сигналов (1) для всех моментов времени 1 = A ь1, и 1,M . Сигналы 0 (t>) поступают на входы блока 4 вычисления дискретного преобразования

Фурье, который формирует по ним К уровней напряжения - отсчетов Фурье — спект

45 ра комплексной огибающей суперпозиции сигналов. Последние представляют собой отсчеты синфаэной и квадратурной состав ляющих комплексного корреляционного интеграла согласованной обработки сигналов по частоте в диапазоне /О,F /ñ шагом дискретизации д= )Я, F ® — ширина интервала возможных значений иэ м еряемых частот. и гЮ РеД

„ = ()= u(<„) е

55 Р 1 П (>) Набор уровней напряжения - отсчетов 5= бр P63,N с выхода блока 4 подают

5 930141 на входы блоков 7 структурной обработки, причем на один из них уровни напряжения - отсчеты синфазной, а на второй уровни напряжения - отсчеты квадратур

Ной составЛяющИх Фурье-спеКтра снгиа- 5 ла (11 °

Каждый из блоков 7 структурной o6- . работки путем аналогового накопления результата :линейного весового преобразования упомянутых „ ровней напряжения - 0 отсчетов К 5 р и Э„, 5 р формирует на каждом своем к-ом (к60,3) выходе в цифровой форме отсчет М„/ кЮ 0,3/ амплитуды уровня напряжения интегральной составляющей фурье-спектра . Послед-15 ний определяет значение к-го обобщенного параметра (к=О, 1, 2, 3) сигнала0(О а

М, = . а. ;

40 м„

Мо ор "(p)

k«< = x{p).

"P P F P<< (7) где Х (р) - коэффициент преобразования (6), выбранный из условия х() - x (М) = 3

x(2p-2)-Z p g q Н х(2р-<) 4 Мк:- для синфаэной составляющей, а

М, - для квадратурной составляющей

Фурье-спектра) .

Набор отсчетов в цифровой форме(М„ и

Г

М,Д (и=О, 1„2, 3) с выходов блоков 7 структурной обработки поступает на соответствующие входы решающего

30 блока 6. С выходов блока 6 после логической обработки, основанной на решении системы (3) относительно а„., b;

F согласно алгоритма

35 (4) 1 г

Г;=ZZ. + s z =1 2, о о о (5) гдето =МоМ М,,Z,=Момъ-М М, 22М2 м„м

О 2 . о снимают оценки частот Р„= < =1,2.

Причем в качестве критерия перехо да от алгоритма (4) к (5) служит чис ловое значение (2 о I . А именно, при

)2о ) 2, (2,- число, принятое за машинный "О ), реализуют алгоритм (4), . а при )2,, «< Z,, означающее, что амплитуда одного из сигналов (Я„) рав

55 на нулю, - (5).

Автоматическое вхождение в работу блока 6, позволяющее реализовать указанные процедуры логической обработки обобщен- . ных параметров суперпоэиции сигналов, определяется моментом времени появления на его управляющем входе импульса управления,. Этот импульс формируют на выходе блока 20 выделения заднего фронта в момент окончания интервала наблюдения.

Формирование интегральных составляю ших Фурье-спектра сигнала Ц (Ц обоб шенных параметров М и М< (кО, 1, 2, 3) блоком 7 структурной обработки осуществляется следующим образсм (рассмотрим обработку набора уровней напряжения - отсчетов синфаэной состав; ляюшей К 5 р Фурье-спектра сигнала

0 (Ц, идентичную с обработкой 3 Sр) е

Каждый блок 7 структурной обработки содержит четыре блока 1,2 весового преобразования, входящих в состав цепочек 8-11. Причем ыпервый вход блоков

1 2 весового преобразования, являющимся одновременно первым входом блока 7 структурной обработки, с синфазного выхода блока 4 выыисления дискретного пре- ь преобразования Фурье подают отсчет . уровня напряжения Re 5q на второй (второй вход блока 7 структурной обработки) -Яе 5g и т. д., на И ..вход (1 } вход блока 7 структурной обработ ки) -Яр-ЬN . По значению К 5р(P 1 М; на каждом р-ом выходе блока 7,весового преобразования формируют уровень напряжения U gp (коэффициент весового суммирования) путем усиления р-го отсчета синфазной составляющей Фурье-спектра в

К „, раз — ь

U„=K,pRe S, P <,И.-; ()

Здесь 5 — номер цепочки (5 8, 9, 10, 11), т. е. К,-,р - коэффициент усиления р-го отсчета блоком весового преоб ,разования S -ой цепочки. ÐÍ eM К (р)

8р

К р =.Х(Р) F

1. Авторское свидетельство СССР . М 56 996 1, кл. Cj 01 К 23/00, 1 977.

7 93014

Полученные уровни напряжения U pc вы ходов блока 12 весового преобразования через сумматор 13 подводят ко входу аналого-цифрового преобразователя 14 соответствующей по номеру цепочки. 5

Различие в коэффициенте преобразования для различных по номеру р-выходов блока 1 2 весового преобразования обеопечивает совместно с сумматором 13 реализацию практически точной операции . интегрирования, т. е. на выходе сумматора 13 5»»ой цепочки (Б =8, 9, 10, 11) формируют уровень напряжения, амплитуда которого равна значению к-го обобщенного параметра М сигнала 0 { j

Амплитуда указанного напряжения ана- >О лого-цифровым преобразователем 14 5-ой цепочки кодируется в цифровую форму.

С выхода аналого-цифрового преобразователя 14 каждой из упомянутых цепочек

8-11 снимают в цифровой форме код амп- 5 литуды уровня напряжения, численно равного величине соответствующего обобщенного параметра М < (к=0, 1, 2, 3).

Причем нулевой выход блока структурной обработки 7 соответствует выходу анало- 30

ro-цифрового преобразователя 14 цепочки 8, первый выход (к=1) - выходу аналого-цифрового преобразователя 14 цепочки 9, второй выход (к 2) - выходу о аналого-цифрового преобразователя 14 цепочки 10, и наконец, третий выход (к=3) - выходу аналого-цифрового преобразователя 14 цепочки 11

Процедура определения обобщенных паРаметРов М с и Мк H измерение частот

P ) (< 1, 2) повторяется если ко входу паНорамного измерителя частоты подВОдят следующий сигнал О {(.) .

Объем аппаратуры в предлагаемом панорамном измерителе частоты сокращен, Кроме того, поскольку в maaec ном измерителе существует жесткая связь между количеством блоков разрешения и частотой дискретизации, то выход из строя одного иэ них приводит к

50 резкому ухудшению точностных показателей и предлагаемый панорамный измеритель частоты лишен этого недостатка, поскольку обобщенные параметры (как интегральные характеристики Фурьеспектра суперпозиции сигналов) мало

1 чувствительны к частоте дискретизации и вариапии амплитуды отдельных отсчетов.

Формула изобретения

Панорамный измеритель частоты, содержащий квадратурный преобразователь частоты, сигнальный вход которого соединен через ключ блока управления с входом устройства, выходы квадратурного преобразователя частоты соединены с

Ф соответствующими Bõoäàìö блока вычисления дискретного преобрайсвания

Фурье, управляющие входы квадратурного преобразователя частоты соединены соо ветственно с выходами квадратурного генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены решающий блок и два блока структурной обработки, каждый иэ которых содержит четыре цепочки, состоящие из последовательно со единенных блока весового преобразования, сумматора и аналого-цифрового преобразовачеля, при атом входы блоков структурной: обработки соответственно подключены к синфазным и квадратурным выходам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, а выходы - к первым входам решающего блока, второй вход которого соединен с выходом блока управления.

ИстОчники инфОрмации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР

М 737857, кл. Cj 01 К 23/00, 1 980.

930141

Составитель Ц. Новоселов

Редактор В. Лазаренко Техред А. Бабинец Корректор Н. Швыдкая

Заказ 3458/56 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская йаб., д. 4/5

Фипиап ППП Патент",, г. Ужгород, ул. Проектная, 4