Анализатор спектра

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 938191 с;оюз с.оветскик

Социалистические

Республик (6! ) Дополнительное к авт, свнд-ву (5l)M. Кл. (22)Заявлено 10. 10.79(2!) 2829775/18-21 с присоединением заявки МG 01 а 23/16

9теудэрстээнай квинтет

СССР ав делэи нзебретеник н отэрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 23. 06.82. Ьктллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 25.06.82 (53) УДК 621 ° 317.

757(088.8) (72) Авторы изобретения

В.И. Роменский, И.В. Роменский и В.В. Рожков: ", i.

К

Ь (7!) Заявитель (54 ) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа сигналов и распознавания образов.

Известны анализаторы спектра, содержащие масштабирующий блок, блок запуска, генератор ортогональных функций и интегрирующие блоки по числу коэффициентов разложения (1).

Однако они сложны, точность и диапазон анализируемых частот их недостаточны.

Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее масштабирующий блок, генератор функций Уолша, интегрирующие блоки, инвертирующие блоки и ключи (2).

Недостатком известного устройства является большое время анализа из-за многократных вычислений коэффициентов разложений.

Цель изобретения - увеличение быстродействия анализатора.

Эта цель достигается тем, что анализатор спектра, содержащий масштабный блок с регулируемым коэффициентом передачи, вход которого

5 соединен с входом анализатора, многоканальный масштабный блок с регулируемым коэффициентом передачи и

4 блок интеграторов, дополнительно снабжен тремя управляемыми матрицами коммутирующих элементов, коммутатором аналоговых сигналов, блоком управления, запоминающим блоком, аналого-цифровым преобразователем, блоком времени, блоком извлечения

15 . квадратного корня, блоком эталонных напряжений, суммирующим блоком и дополнительными масштабным блоком и многоканальным масштабным блоком с регулируемыми коэффициентами пере2о дачи, причем выход масштабного блока соединен с соответствующим входом первой матрицы, группа выходов и первая группа входов которой, под" ключенная к группе входов блока ин938191

3 теграторов, связаны между собой через последовательно соединенные многоканальные масштабные блоки и вторую матрицу, группа выходов блока интеграторов соединена с группой входов коммутатора, вход которого связан с выходом дополнительного масштабного блока, а выход - с первой группой входов третьей матрицы через последовательно соединенные l0 аналого-цифровой преобразователь и запоминающий блок, соответствуюЩая rpynna выходов второй матрицы через суммирующий блок связана с входом дополнительного масштабного блока, вход анализатора соединен через блок времени с второй группой входов третьей матрицы, третья группа входов которой подключена к группе выходов блока извлечения квадратного корня, а группа выходов - к группам кодовых входов масштабных и многоканальных масштабных блоков, блока интеграторов и аналого-цифрового преобразователя, группа выходов блока эталонных напряжений соединена с второй группой входов первой матрицы и соответствующей группой входов второй матрицы, выходы блока управления связаны с соответствующими управляющими входами матриц, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, масштабных и многоканальных масштабных блоков, блока интеграторов, запоминающего блока, блока времени, блока эталон35 ных напряжений и блока извлечения квадратного корня.

На чертеже приведена структурная

"ю схема анализатора спектра.

Анализатор спектра содержит масштабный блок 1 с регулируемым коэффициентом передачи, управляемую матрйцу 2 коммутирующих элементов, многоканальные масштабные блоки 3 и 4 с регулируемыми коэффициентами передачи, управляемую матрицу 5 коммутирующих элементов, блок 6 интеграторов, суммирующий блок 7, блок 8 времени, управляемую матрицу 9 коммутирующих элементов, запоминающий блок 10, блок 11 управления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, коммутатор 13, маст .штабный блок 14 с регулируемым коэф- 55 фициентом передачи, блок 15 эталонных напряжений, блок 16 извлечения квадратного корня. а

Анализатор спектра работает следующим образом.

Под действием сигналов блока

11 устанавливаются в исходное состояние все блоки анализатора спектра. Затем в блоке 16 определяется величина Т, где Т - время анализа и по разрешающим сигналам блока 11 устанавливаются коэффициенты передачи блоков 1, 3, 4, 6 и:14, аналого-цифрового преобразователя 12 в соответствии с величинами h „ i T, Ь.,Ь „,Ь „,Ь,Ь„ где 1=1, 2,...,m (величины hpQ

Ьоз h „ ° h>«, Ь„, Ь1 определяются заранее, исходя из достижения необходимой точности вйчисления коэффициентов Фурье, а их двоичные коды хранятся в блоке 10, а также частота следования импульсов генератора блока 8 времени в соответствии с временем Т.

При установке названных коэффициентов передачи по управляющим сигналам блока 11 к группе выходов матрицы 9 подключается .группа выходов " блока 10, из которого затем вызываются двоичные коды значений устанавливаемых коэффициентов передачи и подаются на соответствующие группы кодовых входов перечисленных выше блоков и аналого-цифрового преобразователя 12. Далее сигналы блока 11, присутствующие на управляющих входах матриц 9, 5 и 2 изменяются таким образом, что от группы выходов матрицы 9 отключается группа выходов блока (О и подключается к группе входов матрицы 9 группа выходов блока 8, к первой группе выходов матрицы 5 — группа выходов блока 4, к группе выходов матрицы 2, — выход бло- ка 1 и первая группа выходов матрицы

При этом через матрицы 2 и 5 к первому входу блока 3 подсоединяется выход блока 1, к каждому i-му входу этого блока (i-1)-ый выход блока 4 (i=2, 3,..., m),,а при наличии разрешающего сигнала блока 11 появляется возможность изменения коэффициентов передачи каналов блока 3.

Поступающий на вход анализатора спектра сигнал y(t) вызывает появление импульса на выходе устройства запуска блока 8.

При этом на выходах блока 8 времени появляются кусочно постоянные сигналы, принимающие на участках

9381 постоянства значения, соответствую-. щие "1" или "0". 8 процессе подсче- та синхроимпульсов блоком 8 изменяются коэффициенты передачи каналов блока 3 {начиная со второго 5 канала) и осуществляется преобразование сигнала y(t). При этом на выходах блока 1 и первого канала блоков 3 и 4 присутствуют сигналы, про порциональные по величине .. уо1 ()= Д= у() уом () о л уол (Каждый i--ый выходной сигнал блока

4 через матрицу 5 поступает на соответствующий вход блока б,где преобразуется в соответствии с выражением t уО6„(С)-ЬЖл 1 уол (Е)4С

i=1,2, ...,m. 20

В конце интервала анализа сигнала у(т.) (в момент времени t=T) по сигналу блока 11 производится фиксация напряжений.

2л уел ()» 1» 2 ° ° ° ° » значения которых (с заданной погрешностью) соответствуют значения моментов сигнала И.,". м

Z„-- т Т

1,2, ...,m

8 конце интервала анализа сигнала 30 также по сигналам блока 11 производится сброс в нулевое состояние счетчика и останов задающего генератора блока 8 времени, отсоединение выходов блока 8 от группы выходов матрицы 9 и подсоединение к указан.ной группе выходов блока 10. Затем. последовательно через коммутатор

l3 подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 12 фиксированные . лв напряжения Z„", которые в нем после масштабировайия в соответствии с коэффициентом передачи h<> преобразуются в двоичные коды. Последние поступают в блок 10, где и запоминаются. Далее устанавливается в исходное состояние блок 6, а на группу кодовых входов блока 3 через матрицу 9 из блока 10 при наличии -разрешающего сигнала блока 11 поступают двоичные коды преобразованных напряжений Z<, которые устанавливают в блоке 3 соответствующие коэффициенты передачи. Из блока 10 вызываются также двичные коды табличных коэффициентов а„(11, 2, ..., m)np

55 для определения коэффициента к базисной системы, и по ним в блоках 4 и

14 устанавливается соответствующие

91 d значениям а „ и аЛ, коэффициенты пе» лл . редачи при наличий разрешающего сигнала блока 11.Под действием управляющих сигналов блока 11 отсоединяются от rpynnal выходов матрицы 2 первая группа Sbl ходов матрицы 5 и выход блока I, от первой группы выходов матрицы 5группа выходов блока 4 и подсоединяются к группе выходов матрицы 2 группа выходов блока эталонных напряжений 15, к второй группе выходов матрицы 5 - группа выходов блока 4.

При этом через матрицы 2 и 5 к группам входов блоков 3 и 7 подключаются соответственно напряжения блока 15 и выходные сигналы блока 4. Величины напряжений, снимаемых с выходов блока 15, могут изменяться под управлением сигналов блока 11. Указанные величины выбираются исходя из требования получения необходимой точности

Г определения коэффициентов Фурье.

Выходное фиксированное напряжение

U блока 15 преобразуется в блоках

3 и 4 в соответствии с выражением .

W„=a„ „Z; V„(1 1» 2, ..., m)

На основе полученных при этом напряжений И„, в блоках 7 и 14 формируется напряжение

О„=а„.у W„„, Сформированное на выходе блока 14 напряжение через коммутатор i3 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 12. Полученный при этом после масштабирования двоичный код величины 0„ соответствует первому коэффициенту полинома.

Указанный код поступает в блок 10, где и запоминается.

После определения m, величин коэффициентов полинома их двоичные коды вызываются из блока 10. Согласно этйм кодам по разрешающему сигналу блока

Tl изменяются коэффициенты передачи каналов блока 3. Далее, исходя из необходимой точности определения коэф-фициентов Фурье, перестраиваются и коэффициенты передачи блока 14 и аналого-цифрового преобразователя 12.

Дальнейшие процедуры, выполняемые анализатором спектра с целью определения обобщенных коэффициентов Фурье на основе коэффициентов полинома, осуществляются многократ" но (по числу базисов набора). При этом при определении каждого S-ro коэффициента разложения для к-го базиса набора из блоков 15 и 10 вы938191

8 зываются соответственно напряжеНие y<+(S=l 2, ..., и ) и двоичные ((= 1,2,,m,S =yPг..,И ) ортонормированных на интервале j0,1) базисных сигналов f<<(x) к-ой сис.темы указанного базиса.

Под действием этих двоичных кодов каналы блока 4 настраиваются на соответствующие коэффициенты передачи.. Вызванное из блока 15 напряжение Чк в блоках 3, 4, 7 и

14 преобразуется в напряжение, пропорциональное по величине, Ь

- / K g) Мк. (g=4 9, и ) и соответствующее определяемому коэффициенту Фурье.

Последнее через коммутатор 13 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 12, где масштабируется и преобразуется в двоичный код вычисляемого коэффициента, кото" рый поступает в блок 10, где и запоминается.

Величины моментов подсчитываются заранее и совместно с табличными коу эффициентами а.;, à (j=l, 2, ... >) хранятся в блоке 1О.

Эффективность предложения состоит в том, что оно позволяет ускорить процесс определения коэффициентов

Фурье анализируемого сигнала по базисам набора за счет того, что при. вычислении указанных коэффициентов анализ сигнала производится один раз на интервале наблюдения (при определении указанных коэффициентов с помощью прототипа анализ сигнала производится и раз, где и — количество базисов набора). Нахождение величин групп искомых коэффициентов

Фурье (количество групп и, количество коэффициентов в группе n ) производится с помощью быстро выполняемых операций весового суммирования на основе результатов однократного анализа полученных величин коэффициентов полинома. При этом время определения обобщенных коэффициентов Фурье оказывается соизмеримым с временем наблюдения сигнала, что приблизительно в и раз экономит энергоресурсы источника анализируемого сигнала. формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий масштабный блок с регулируемым

10 коэффициентом передачи, вход которого соединен с входом анализатора, многоканальный масштабный блок с регулируемым коэффициентом передачи и блок интеграторов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уве". личения быстродействия анализатора, он снабжен тремя управляемыми матрицами коммутирующих элементов, коммутатором аналоговых сигналов, блоком управления, запоминающим блоком, аналого-цифровым преобразователем, блоком времени, блоком извлечения квадратного корня, блоком эталонных напряжений, суммирующим блоком и дополнительными масштабным блоком и многоканальным масштабным б loKQM c регулируемыми коэффициентами передачи, причем выход масштабного блока соединен с соответствующим входом первой матрицы, группа выходов и первая группа входов которой, подключенная к группе входов блока, интеграторов, связаны между собой через последовательно соединенные многоканальные масштабные блоки и вторую матрицу, группа выходов блока интеграторов соединена с группой входов коммутатора, вход которого связан зо с выходом дополнительного масштабного блока, а выход - с первой группой входов третьей матрицы через последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь и запоминаюЗ5 щий блок, соответствующая группа выходов вторЬй матрицы через суммирующий блок связана с входом дополнительного масштабного блока, вход анализатора соединен через блок времени с второй группой входов третьей матрицы, третья группа входов которой подкЛючена к группе выхоДовблока- извлечения квадратного корня, а группа выходов - к группам кодовых входов масштабных и многоканальных масштабных блоков, блока интеграторов и аналого-цифрового преобразователя, группа выходов блока эталонных напряжений соединена с второй ,у группой входов первой матрицы и соответствующей группой входов второй матрицы, выходы блока управления связаны с соответствующими управляющими входами матриц, коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, масштабных и многоканальных масштабных блоков, блока интеграторов, запоминающего блока, блока времени, блока эталонных напряжений и блока извлечения квадратного корня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

938191

1Ñ

1. Г. Ван Трис,Теория обнаружения, оценок и модуляции. М., "Советское радио", 1972, с. 208 °

2. Авторское свидетельство СССР з 480993, кл. G 01 R 23/16, 1975.

Подписное

Заказ 53/ Тираж 717

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 1-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель А. Орлов

Редактор А. Козориз Техред М. Рейвес Корректор Н. Швыдкая