Цифровой анализатор спектра

 

Изобретение относится к устройствам измерения частоты, амплитуды и фазы гармоник цифровыми методами. Цель изобретения - повышение точности измерения при сокращении времени анализа. Анализатор спектра содержит аналого-цифровой преобразователь I, блок 2 тригонометрического умножения, сумматор 3, блок 4 памяти, блок 5 накопления и блок 11 управления. Введение блока 7 измерения частоты и блока 8 измерения амплитуды и фазы позволяет измерять значения параметров также в тех случаях, когда частоты гармоник не совпадают со значени-. ями дискретных частот компонент ДПФ сигнала, что снижает погрешность измерений параметров. Введение блока 9 коррекции и блока 10 регистров сдвига позволяет совместно с блоком 2 тригонометрического умножения реапи зовать алгоритм аддитивной,итерационной коррекции погрешностей измерения параметров гармоник. 2 з.п. ф-лы, 1 1 ил. с СО IND ю ы fto

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И1

А1 (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

;3>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCKOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3969969/24-21 (22) 29.10 ° 85 (46) 07.07.87. Бюл. 9 25 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.А.Буров и Ю.М.Туз (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11- 807187, кл. G 01 R 23/00, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР CIIEKTPA (57) Изобретение относится к устройствам измерения частоты, амплитуды и фазы гармоник цифровыми методами.

Цель изобретения — повышение точности измерения при сокращении времени анализа. Анализатор спектра содержит аналого-цифровой преобразователь l блок 2 тригонометрического умножения, сумматор 3, блок 4 памяти, блок 5 накопления и блок 11 управления. Введение блока 7 измерения частоты и блока 8 измерения амплитуды и фазы позволяет измерять значения параметров также в тех случаях, когда частоты гармоник не совпадают со значени-, ями дискретных частот компонент ДПФ сигнала, что снижает погрешность измерений параметров. Введение блока 9 коррекции и блока 10 регистров сдвига позволяет совместно с блоком 2 тригонометрического умножения реализовать алгоритм аддитивной,итерационной коррекции погрешностей измерения параметров гармоник. 2 э.п. ф-лы, 1 l ил.

13221?2 на фиг. 6 — структурная схема коррек- 20 которого подключен к входу 12 блока 40

2 тригонометрического умножения. Пер45

50 и вторым входами блока 7 измерения частоты, первый выход которого соеди- 55 нен с входом 13 блока 8 измерения амплитуды и фазы и входом 14 блока. 10 регистров сдвига. Входы 15 и 16 блока 8 подключены соответственно к четИзобретение относится к цифровой обработке сигналов, а именно к устройствам измерения частоты, амплитуды и фазы гармоник цифровыми методами.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты, амплитуды и фазы гармонических составляющих сигнала и сокращение вре,мени анализа, На фиг. 1 изображена структурная схема цифрового анализатора спектра; на фиг. 2 — структурная схема блока тригонометрического умножения; на фиг. 3 — временные диаграммы блока тригонометрического умножения; на фиг, 4 — структурная схема блока измерения амплитуды и фазы; на фиг.5структурная схема блока коррекции; тирующего звена; на фиг ° 7 — временные диаграммы блока коррекции; на фиг. 8 — структурная схема блока регистров сдвига; на фиг. 9 — временные диаграммы блока регистров сдвига; на фиг. 10 — структурная схема блока управления; на фиг. 11 — временные диаграммы блока управления.

Цифровой анализатор спектра coc— тоит из аналого-цифрового преобразователя 1 (АЦП) блока 2 тригонометрического умножения, сумматора 3, блока 4 памяти, блока 5 накопления, блока 6 вычисления модуля и фазы, блоков

7 измерения частоты, блока 8 измерения амплитуды и фазы, а также блока 9 коррекции, блока 10 регистров сдвига и блока 11 управления. Входом анализатора является вход АЦП 1,выход вые три входа сумматора 3 подключены соответственно к .выходам блока 2 тригонометрического умножения, блока 4 памяти и блока 5 накопления, а его первые два выхода соединены с входами блока 4 памяти и блока. 5 накопления. Первый вход блока 6 вычисления модуля и фазы соединен с третьим входом сумматора 3. Первый выход блока

6 соединен с четвертым входом сумматора 3, а второй и третий его выходы соединены соответственно с первым

16

15 вертому и пятому выходам блока 6. Первый и второй выходы блока 8 соединены соответственно с входами 17 и 18 блока 10, Первый выход 19 блока 9 коррекции соединен с входом блока 11 управления, а второй его выход 20 соединен с входом 21 блока 10 регистров сдвига, выход которого соединен с входом блока 9 и входом 22 блока

2 тригонометрическоro умножения, вход 23 которого соединен с вторым входом блока 5 накопления. Второй выход блока 7 соединен с входом 24 блока 10, а выходы блока 11 управления соединены со всеми входами устройства с помощью соответствующих контрольных шин. Блок 2 тригонометрического умножения содержит два синусно-косинусных умножающих генератора

25 и 26, каждый иэ которых имеет два управляющих входа, два установочных входа и два выхода. (фиг. 2).Первый установочный вход генератора 25 соединен с первым выходом источника 27 постоянных напряжений, управляющие входы соединены с выходами функционального преобразователя 28, а выходы соединены с управляющими входами генератора 26, первый установочный вход которого через первый вход ключа 29 соединен с первым выходом источника

27, а через второй вход ключа 29 — с выходом функционального преобразователя 30. Второй установочный вход генератора 25 через первый вход ключа 31 соединен с вторым выходом источника 27 постоянного напряжения, а через второй вход ключа 31 — с второй шиной входа 22 устройства.

Второй установочный вход генератора

25 через первые входы ключа 32 и 33 соединен с первым входом блока 2, а через второй вход ключа 32 — с вторым выходом функционального преобразователя 30, вход которого соединен с третьей шиной входа 22 блока 2, а третий вход 23 блока 2 соединен с вторым входом ключа 33. Вход функционального преобразователя 28 соединен через первый вход ключа 34 с выходом функционального преобразователя 35 и первым входом умножителя

36, а через второй вход ключа 34 с выходом умножителя 36. Вход преобразователя 35 соединен с четвертой контрольной шиной блока 2, а второй вход умножителя 36 соединен с первой шиной входа 22 блока, Управляющие входы ключей 29, 31, 32 и 34 соеди1322172 4 нены с первым выходом синхронизатора 37, второй выход которого подключен к управляющему входу ключа 33, третий выход синхронизатора 37 соединен с тактовым входом генератора 25, а четвертый его выход соединен с тактовым входом генератора 26. Входы синхронизатора 37 подключены к первым трем контрольным шинам блока 2.

Выходы генератора 26 соединены соот- 10 ветственно с первой и второй шинами выхода блока. Блок 8 измерения амплитуды и фазы состоит иэ ключей 38 и 39, функциональных преобразователей 40 и 41, преобразователей 42 и !5

43 кодов, пороговой схемы 44, сумматоров 45 и 46, умножителя 47 и схемы 48 задания постоянного кода. Вход

13 блока 8 соединен с входами ключа

38, преобразователя 42 кода и поро- .gg говой схемы 44, выход которой соединен с управляющими входами ключей

38 и 39. Второй вход ключа 38 соединен с выходом преобразователя 42, а его выход подключен к входам функ- я5 циональных преобразователей 40 и 41, выход последнего соединен с входом преобразователя 43 кодов и вторым входом ключа 39, первый вход которого подключен к выходу преобразователя 43. Выход преобразователя 40 соединен с первым входом умножителя 47, второй вход которого соединен с входом 15 блока 8, а выход является первым выходом 49 блока 8. Выход ключа 39 соединен с первым входом сум35 матора 45, второй вход которого соединен с выходом сумматора 46, а выход является вторым выходом 50 блока

8. Первый вход сумматора 46 соединен с входом 16 блока 8, а второй его вход соединен с выходом схемы

48 задания постоянного кода. Блок

9 коррекции состоит иэ трех корректирующих звеньев 51-53, схемы 54 сравнения, регистра 55, элемента И 56 и синхронизатора 57. Первый выход синхронизатора 57 соединен с тактовым входом регистра 55 и входами 58 корректирующих звеньев 51-53. Первая шина входа блока 9 соединена с вторым входом регистра 55, входом корректирующего звена 51 и первым входом схемы 54 сравнения. Выход регистра

55 соединен с вторым входом схемы 54 сравнения, выход которой соединен с первым входом синхронизатора 57, второй выход которого соединен с входами 59 корректирующих звеньев 51-53, а третий выход — с входами 60 этих звеньев и с первой контрольной шиной блока 9, Вторая и третья шины входа блока 9 соединены соответственно с входами 61 звеньев 52 и 53, Выходы

62 корректирующих звеньев 51-53 являются соответственно первой, второй и третьей шинами выхода 20 блока 9, а их выходы 63 подключены к входам элемента И 56, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора

57 и с второй контрольной шиной блока 9. Третий вход синхронизатора 57 соединен с третьей контрольной шиной блока 9. Корректирующее звено состоит из ключа 64, вычитателя 65, сумматора 66, схемы 67 сравнения и регистров 68 и 69. Вход 59 корректирующего звена подключен к управляющему входу ключа 64, выходы которого соответственно подключены к первому входу вычитателя 65 и входу регистра 68, а вход ключа 64 соединен с входом 61 корректирующего звена, вход 58 которого соединен с тактовым входом регистра 68, а вход 60 — с тактовым входом регистра 69. Выход регистра

69 соединен с первым входом схемы 67 сравнения и вторым входом вычитателя 65, выход которого подключен к первому входу сумматора бб, второй вход которого соединен с выходом ре-. гистра 68, а выход соединен с входом регистра 69 и вторым входом схемы 67 сравнения, Первым выходом 62 коргектирующего звена является выход регистра 69, выход 63 соединен с выходом схемы 67 сравнения °

Блок 10 регистров сдвига состоит иэ трех регистров 70-72 сдвига, ключей 73-78 и элемента ИЛИ 79. Выходы регистров 70-72 сдвига соединены с тремя шинами выхода блока 10 и первыми входами ключей 76-.78, а вторые входы ключей 76-78 подключены соответственно к выходам ключей 73-75 ° Первые входы ключей 73-75 соединены соответственно с входами 14, 17 и 18 блока 10, а три шины входа 21 блока

10 соответственно соединены с вторыми входами ключей 73-75. Первая контрольная шина блока 10 соединена с первым входом элемента ИЛИ 79, второй вход которого соединен с входом 24 блока 10, а выход — с управляющими входами ключей 76-78. Управляющие входы ключей 73-75 соединены с второй контрольной шиной блока 10, а его третья контрольная шина соедине5 13221 на с тактонь>ми входами регистров 7072, входы которых соединены соответственно с выходами ключей 76-78.

Устройство работает следующим образом. 5

Сигнал x(t) поступает на вход АЦП

1, где происходит его дискретизация, и его отсчет x(n) подается на вход блока 2 тригонометрического умножения, где в соответствии с заданными 10 значениями числа обрабатываемых отсчетов N и числа компонент ДПФ К формируются коды, соответствующие выражениям

211

r (п, К) =х(n) соз (-,— пК) .;, N

2. (и, К) -x(n) з п (-,— nK) поступающим в сумматор 3, в котором 20 с помощью блока 4 памяти вычисляются суммы

) >(-1 2 г

R; (К) = — Q x (n) cos (— пК);

ЛО

1 2л

Т.; (К) = — „ x (n) s in (— пК), N N

«,где п=0,1,...,N-1, К=0,1,...,К-1.

Значения К,(К) и I;(K) передаются затем в блок б вычисления модуля и фазы ДПФ, откуда значения периодограммы

Р, (К)=К (К)+1,(К) через сумматор 3 поцаются н блок 5 накопления, где формируется состоятельная оценка спектральной плот ности мощности

Л

Я(К) = — Р ° (К) .

1 =.-1

Однако, если сигнал содержит гармонические составляющие, приведенная оценка не позволяет точно измерить их частоты, амплитуды и фазы.

В этом случае блок б формирует коды модуля и фазы ДПФ и (к> = (к (к>+1 (к>1 " ;

Ph(К) =-arctg (Т. (К) /Р(K)) .

Значения U (К), К=-О, 1 . „, К, поступают по мере готовности в блок / измерения частоты, где происходят поиск локальных максимумов спектра амплитуд и вычисление частоты гармоники в соответствии с выражениями

fN IT1 yYl Г Ъ

«П(Кваках Kìàêñ+U(K 1) (Кы> с.1)

"(Кмак, ) +U (Kиокс - ) 72 6

П(К> окс 1) +.U(1 макс+1) 1

1> (1мак Кадке+11(Кмокко+ 1 (Кларке+ 1) (1> где К „, — номер ДПФ, соответствующий локальному максимуму спектра амплитуд; >1 =f /d f, т, е. % — частота гармоники в единицах бин ДПФ, причему =1 +о

1 =(К„-1) при П(К +1)<П(К „;1), 0 I> 1, Измеренное значение частоты гармоники Ъ поступает с выхода блока

7 на первый вход l3 блока 8 измерения амплитуды и фазы. На входы 15 и 16 блока 8 с выходон блока б поступают коды U(K) и Ph(K) ° E блоке 8 измерения амплитуды и фазы используется дробная часть значения частоты гармоники (>, причем если 5о, p/2, то амплитуда и фаза гармоники нычисляются по формулам (1> =Р1(К )-((I + -" макс а при (> )—

Ф =Р1(К )=7(Я -1)+ —, 11> МО >(C 1 2

Измеренные значения параметров гармоник и, А и «>> поступают на хранение в блок 10 регистров сдвигов.

1 .oñëå завершения этапа измерения в блоке 10 находятся N ..":3 параметров, где М вЂ” число гармонических составляющих сигнала. Следующим этапом является этап коррекции, при котором осуществляется аддитивная итерационная коррекция погрешностей (АИКП) измерений первого этапа. Обозначив измеренные значения параметров гармоник как, . „,, запишем ураннения коррекции для каждого параметра где n — номер итерации; F (° ) — оператор ооратной цепи итерационного процесса, который реализуется с

1322172

Я =Я +ф -F(y„ °

А =А +А -F(A ); 1=9 +У -F(9 ) ..

S „= h+ h„-F („);

А =А +А -F (A„) 25

35 помощью синтеза тестового сигнала, составляющими которого являются гармоники с параметрами, равными измеренным на предшествующем шаге итерации, вычисления его ДПФ и получения на основе значений модулей и фаз вычисленного ДПФ значений параметров синтезированного тестового сигнала.

Первый шаг итерации начинается с синтеза гармоник, параметры которых 10 равны значениям, А, Ф„,, храняП\ Щ щимся в блоке 10 регистров сдвига.

При этом коды, А, Ф последовательно для ш=1,2,...,М поступают с выхода блока 10 на вход блока 2 три- 15 гонометрического умножения. Блок 2, блок-схема которого изображена на фиг, 2, состоит иэ двух последовательно соединенных синусно-косинусных генераторов, структурная схема 20 которых приведена в описании известного анализатора, С помощью первого синусно-косинусного генератора получаем значения

А s in (2 Э n/N); А cos (27 > n/N) .

Коды з пР и cos подаются на о р установочные входы 1 и 2 второго генератора, на выходе которого получаем коды

А sin(2 и/Н+Ф ) и А ° соз(2Г3 X

"n/N+ 49, поступающие в блок 5 накопления, где формируется сумма м х (и)= QA sin(2iing m/Б+Ф ) N=t

n=0,1,.. °,N-1.

Для этого на выходе блока 10 регистров сдвига последовательно появо

О ляются значения параметров 9, А о

Р для m=1,2,...,М. После завершения синтеза сигнала блок 10 устанавливается в исходное состояние, а в блоке 5 накопления находится блок данных о мгновенных значениях синтезированного сигнала размерности N.

Эти данные подаются на вход 23 блока 2, где вычисляется ДПФ, а блок

6 затем вычисляет модуль и фазу ДПФ синтезированного сигнала, после чего блоки 7 и 8 определяют значения

У(% ), F(AÄ), Р(Ф ) и соответствующие им коды записываются в блок 10, о о „,0 замещая значения Ъ, А, Ф и с выхода блока 10 поступают в блок 9 коррекции, Здесь производятся вычисления в соответствии с уравнениями

Полученные в блоке 9 после первого шага .итераций значения, А

Ф поступают в блок 10 регистров сдвига, где замещают значения F(3 ), F(A ), Р(Ф ). Значения h, А,Ф„, сохраняются в регистрах начальных значений блока 9 в течение итерационного процесса коррекции погрешностей измерения параметров m-й гармоники. На втором шаге итераций повторяется синтез сигнала, однако синтез

m-й гармоники происходит в соответствии со значениями ф, А и Р„, Значения параметров других гармоник не изменяются. После второго шага в блоке 9 вычислены значения и так далее, что после n-ro шага приводит к выражениям (l). После каждого шага итераций в блоке 9 производится проверка условия у у (4 где Я вЂ” заданная погрешность измерения параметров; у — параметр гармоники (>" А или Р ).

Если для всех параметров m-й гармоники это условие удовлетворяется, итерационный процесс заканчивается.

При этом в блоке 10 регистров сдвига о o o вместо начальных значений а,A., Ф„, устанавливаются значениями ", А", Ф", m e после чего информация, хранящаяся в блоке 13 сдвигается и на выходе блока

l0 устанавливаются коды Я „, А

Таким образом, в итерационном процессе участвуют уже значения параметров (m+1)-й гармоники.

После коррекции параметров всех

М гармоник в блоке 10 регистров сдвии га записываются параметры h" А и и

m m

Р для m=1,2,...,Ì, т,е. точные значения частот, амплитуд и фаз для всех

m гармоник.

На этапе вычисления ДПФ на первой контрольной шине блока 2 установлен высокий потенциал, все ключи блока коммутируют свои выходы с первыми входами. При этом работа блока аналогична работе соответствующего блока из10

21 . 1 пК и —, > x(n) ° о=о

72

И -1 ) x(n) sin о --а

2!

:,соя -- пК. ъ,1

2 х

cos -- п=соя

21о 2 — (n-1) соя

И N

2о 2 о

-s in — (n-1) s in ——

N N

m пх

2 (I соя| +

Я m

sin -- n:

N вестного устройства. Сигналы, поступающие на тактовые входы генераторов

25 и 26, изображены на временных диаграммах фиг. За. На первую контрольную шину олока 2 подается значение Х с выхода блока 11 управления.

На управляющие входы генера.гара 25 с выхода преобразователя 28 подаются

2 Т 2 соответственно коды sin -- и cos хт *

2 <

Значение аргумента -- вычисляется с

N помощью функционального преобразо:вателя 35, на вход которого поступает код N числа отсчетов блока данных.

В предлагаемом анализаторе нет ника15 ких ограничений на значение 11,, поэтому Ы может быть любым целым числом, в то время как в БПФ-анализаторах

N должно быть целой степенью 2, На установочные входы генератора 25 по?0 ступают соответственно код "0" с первого выхода источника 27 постоянных напряжений и код "1" с второго выхода источника 27 постоянных напряжений. На выходах генератора 25

25 при поступлении тактовых импульсов с третьего выхода синхронизатора 37 формируются коды, соответствующие выражениям

2 . 2о . 2Т

s1n -- . п=я п — (n 1) соя -- +

N N N

2 i 2о

+cos — (и-1) sin -- и

N N которые поступают на управляющие входы генератора 26. На установоч- ные входы генератора 26 подаются соответственно код "0п с первого выхода источника 27 и код х(п) с первого входа блока. На выходах генератора 26 формируются коды

2о 2о

x(n) ° sin — -nK=x(n) s и—

N N

2 о 2/ ; х cos -- n+x(n) cos -"- I -1

N N

2Т, 2о

x(n) cos — nK=x(n) cos -- п(К-1) N N

2 li х cos -- n-x(n) ° sin -- п(К- .) sin — и 55

N И N которые затем поступают на вход сум.матора, в результате чего вычисляются суммы

При n=N этап вычисления ДПФ заканчивается H на первой контрольной шине блока 2, как раньше, устанавливается низкий по".åíöèàë.

На этапе синтеза тестового сигнала высокий потенциал установлен на второй контрольной шине блока 2 и все ключи„ кроме ключа 33, которыи сохраняет предшествующее состояние, переключаются для коммутации выходов с вторыми входами. При этом на вход

2Т преобразователя 8 вместо кода

2и поступает код -- и с его выходов

М Во на управляющие входы генератора 25

2г подаются коды cos -: — Я и sin --Я

B на второй установочный вход генератора 25 взамен кода "l", поступавшего с второго выхода источника 27 постоянных напряжений, поступает код

А с второй шины входа 22 блока 2, На установочные входы генератора 26 поступают соответ" òâåííî коды sin 4 и соя@ с выхода преобразователя 30 вместо кодов "0" с первого выхода источника 27 постоянных напряжений и х(п) с первого входа 12 блока 2 (выход АЦП 1). На выходах генератора 25 при этом формируются коды

27 2н

А sin--3 пи А соя --9 и

m N m" щ поступающие на управляющие входы re" нератора 26, с выхоцов которого на выход блока поступают коды

2/ ,яiï(— y и+g> )=-А яin

m N w m 111

2х хcosР +А сов .—,-", sinV+

m ъ д - - th) 2Т

А cos(--Я и+Р )=-А cos

+А ° s1п — rh n sino о - 1 . о

Временные диаграммы тактовых импульсов регистров блока 2 на этапе синтеза представлены на фиг. ЗВ. С помощью сумматора 3 и блока ч памяти вы .исляется сумма м х (n)=- sin(— g nÓ ), п0,1,...,N-i

@сl хпосле чего стсчеты х (и) для n=0, 1322l

1,...,М-1 перезаписываются из блока

4 памяти в блок 5 накопления, откуда поступают на этапе коррекции в блоке

2 для вычисления ДПФ синтезированного сигнала х (n). На этом этапе высокий

+ потенциал установлен на третьей контрольной шине блока 2 (на первых двух контрольных шинах — низкий потенциал) °

При этом все ключи установлены так же, как и на этапе вычисления ДПФ, !0 кроме ключа 33, который коммутирует выход на второй вход. Таким образом, на второй установочный вход генератора 26 поступает код х (n) и на его выходе формируются коды f5

2Т + 2п х (п) ° s in -- - nK u x (n) cos --nK

N и поступающие на вход сумматора 3. Тактовые импульсы регистров генераторов 20

25 и 26 также соответствуют временным диаграммам фиг. 3А.

Таким образом, в предложенном анализаторЕ блок тригонометрического умножения используется как для вы- 25 числения ДПФ сигнала, так и для синтеза тестового сигнала, необходимого для реализации алгоритма аддитивной итерационной коррекции погрешностей измерения параметров гармо- ц нических составляющих сигнала. На входы блока 7 измерения частоты последовательно поступают с выходов блока 6 вычисления модуля и фазы соответственно коды модулей компонентов ДПФ и соответствующих им номеров. По первому выходу блока 7 передается код частоты измеряемой гармоники, а на втором его выходе устанавливается высокий потенциал (сигнал

Q) при идентификации в блоке 7 локального максимума спектра модулей

ДПФ, соответствующего измеряемой гармонике.

С началом этапа коРРекции на кон- 45 трольной шине блока 9 коррекции устанавливается высокий потенциал, в результате с первого выхода синхронизатора 57 поступает сигнал на тактовый вход регистра 55 и в последний заносится целая часть кода Ъ, т.е. из выражения

W =1 +3„.

На входы блока 8 подаются соответственно значения дробной части частоты гармоники, модуля компонента

ДПФ соответствующего локальному макЭ т симуму спектра 1 (Kvcexc) к фазы этого

72 l2 же компонента РЛ(К„" „,). Ключ 28 управляется потенциалом с выхода пороговой схемы 44. При 3 < l /2 на выходе схемы, 44 установлен низкий потенциал, и ключ 38 коммутирует первый вход на выход, таким образом код о поступает на вход функционального преобразователя ФПI, вычисляющего величину

Я „,/Sinll а

Преобразователь 42 кода формирует код, дополняющий R до единицы, т.е. (1 в 3 ). .При 8 >1/2 на выходе схемы

44 установится высокий потенциал, переключающий ключ 38, и в этом случае код (1 — о ) поступает на вход преобразователя 40, на выходе которого будет код Т (1 — S )/jsinll (1-Г,„)) .

С выхода преобразователя 40 код поступает на вход умножителя 47, на второй вход которого подается значение 1!(К„ ) с входа 15 блока 8. Результатом умножения будет значение ам" плитуды гармоники А, поступающее на вход 49 блока 8. Для опреде.:-.ения значения фазы гармоники с выхода ключа

38 подается код Г,„ при b„ sl/2 или (!†3 ) при R >!/2 на вход функционального преобразователя 41, вычисляющего соответственно значение и 6„, или

ii(I-S ). Преобразователь 43 кода формирует дополнительный код, в результате чего на вход сумматора 45 гч л при 9 <1/ гоступает код -н0, а при

3 >1, 2 — код й(1- o ). На второй вход

ill

Ю сумматора 45 подается код Ph(K„„)+

11

+ — с выхода сумматора 46, причем

11 значение — поступает с выхода схемы

48 задания постоянного кода. На выходе сумматора 45 формируется значение фазы гармоники Р, гоступакщее на выход 50 блока 8.

С началом этапа коррекции на контрольной шине блока 9 коррекции устанавливается высокий потенциал, в результате с первого выхода синхронизатора 57 поступает сигнал на тактовый вход регистра 55 и в регистр

55 заносится целая часть кода, т.е.

1„ из выражения

Э =1 +Г„.

Одновременно соответствующий сигнал подается на первые входы корректирующих звеньев 51-53. H дальнейшем работа блока 9 происходит под управлением си..хронизатора 57 в соответствии с временными диаграммами

1322172 фиг. 7. На первом такте коррекции в регистры 68 корректирующих звеньев заносятся поступающие из блока 10 начальные значения „,, А,Р„,, При этом регистр 69 сброшен в "0", ключ

64 коммутирует в;од, на второй выход и на выходе вычитателя 65 установлен код, равный нулю. Рассмотрим работу корректирующего звена 51, в котором происходит коррекция параметра 1, . В х0 начале второго такта коррекции на вход схемы 54 сравнения пос:.упают о коды F(% ), соответствующие локальным максимума и спектра ДПФ, При совпадении целой части поступающего 15 значения F(%О ) с занесенным в регистр

55 кодом на выхоце схемы 54 (фиг. 7А). появится сигнал, поступающий на вход синхрони" àòîðà 57, При этом ключ

64 (фиг, 7A) переключается и код 20 о

Г(„„) поступает на вход вычислителя

55, на второй вход которого приходит код h с выхода регистра 69, занесенный в первом такте коррекции. Код о х»,», -Г ф, ) суммируется в сумматоре 66 25 с h и с ега выхода кадФ - =9„+Я .> o

-F(h,,„) заносится в регистр 69. После и тактов в регистре 69 формируется код

Однако перед занесением ега в регистр 69 схемы 67 сравнения сравниI» вает код „», сформированный на выходе

II- I сумматора 66, с кодам й,находящимся

VVI в регистре 69. Если разность кодов

1 » I» Х -

) / †х» Jменьше заданного значения Я на выходе схемы 67 вырабатывается сигнал Н (фиг. 7, Н), поступающий на вход элемента И 56. При соьпацении 0 па времени сигналов Н, поступающих с выходов всех корректххрующих звеньев, на выходе элемента И 56 появляется сигнал 8 окончания коррекции I"apIoники„ который подается на вхо:; синхронизатора 57 и на вторую контрольную шину выхода .9 блока 9 для перехода и коррекции следующей па порядку гармоники, при э-ом на третьей контрольной шине блока 9 устанавливаетсл низкий потенциал. кхтхочхх чстанавливаются в начальное гхаххажение, регистры сбрасываются в У . Работа корректирующих звеньев 37 и 38 аналогична -oписаннои для звехха 36. 1 арректируемые значения ф, А,„., после каждого такта коррекции записываv-,ся в б:хак 1 О, для zего на первую каххтрольную шину первого вьглодг блока 9 подается соответствующий сигнал (фиг. 5, F). В блоке 10 регистров сдвига каждый из регистров 70-72 может содержать Р слав, Р -" М, где M— число гармоник в "игнале. При отсутствии на входах элемента ИЛИ 79 сигналов на его выходе установлен низкий потенциал, который поступает на управляющие входы ключей 76-78, комму" тируя их первый вход с выхода, При этом потенциалы на выходах регистров

70-72 подаются на их входы. При поступлении на тактовые входы регистров тактового импульса информация в них сдвигается на один разряд. После серии Р тактовых импульсов состояние регистров 70-72 равно исходному, поскольку при данной коммутации ключей

76-78 данные с выходов регистров поступают на их входы, При поступлении сигналов Ц на вход 24 блока 10 или сигналов M на первую контрольную шину ключи 76-78 коммутируют выходы с вторыми входами и на вход.r регистров 70-72 данные уже поступят не с их выходов, а с выходов ключей 7375, т.е. произойдет замещение npew,— них значений параметров новымн. В каждом из регистров 70-72 помещаются

М значений соответствующих параметров

Ъ, А„, 4 На этапе измерения начальных значений параметров »», А о т

@,„ïðè идентификапии локального максим ма блоком 7 на вход 24 блока 10 поступает сигнал Q, В результате ключи 76-78 коммутируют вторые входы ключей 76-78 с их выходами и приходящий на третью контрольную шину синхронно с сигналом Q тактовый импульс о О о записывает значения 1,, А„, Р в крайние левые разряды регистров. После измерения значений параметров M гармоник в регистрах находится М У. 3 значений параметров, после чего число тактовых импульсов дополняется до Р, в конце этапа измерений и значения гараметрав первой гармоники о

IiI, А,,», устанавливаются на выходе блока 10.

На этапе синтеза входы регистров

70.-72 сдвига через ключи 76-78 соединены с их выходами, Блок 11 управления вырабатывает серию из P тактоьы импульсов, гхоступающих го третьей контрольной шине блока 10 на тактовые входы регистров 70-72, в результате чего на их выходах последовательно устанавливаются кодьх значений параметр "в И гармоник»»... А„., Р, m=1 „2...,M, 1322172

16 по которым в блоке 2 производится синтез тестового сигнала.

На этапе коррекции на выходах регистров 70-72 установлены коды знао о О чений параметров, А, Р,„ гармоники, поступающие в блок 9 коррекции.

После синтеза по этим значениям тестового сигнала и определения его параметров коды значений параметров тестового сигнала поступают на вто- !О рые входы ключей 76-78 одновременно с сигналом W, в результате чего они подаются на входы регистров 70-72 одновременно с первым импульсом серии Р, поступающей с третьей конт- !5 рольной шины блока 10. При этом проо изойдет замещение значений,. А

Р„, значениями Р(й, F(A ), F(P ) параметров тестового сигнала, которые после серии Р тактовых импульсов установятся на выходах регистров 7072, В конце итерации эти значения параметров в свою очередь замещаются значениями 1,„, А, р из блока 9.

После и итераций на выходах ре- 25 гистров 70-72 установлены коды значений параметров, А,Р . На третью контрольную шину блока 10 при этом поступит тактовый импульс из блока 11 управления, вырабатываемый в 30 блоке ll по сигналу конца коррекции

S, в результате чего коды значений

А", Ф через ключи 76-78 поступают в ;:райние левые разряды регистров

70-72, а на выходах этих регистров установятся коды,„... А „, Р,„„ параметров следующей по порядку гармоники, коррекция погрешностей значений параметров которой еще не производилась. Временные диаграммы, со- 40 ответствующие приведенным сигналам, изображены на фиг. 9.

Потенциал на контрольных шинах блоков структурной схемы устройства (фиг. 1) устанавливается блоком 11 45 управления. Конкретная реализация блока управления может быть осуществлена в соответствии с функциональной схемой, приведенной на фиг. 10. Блок

11 управления состоит из шести RSтриггеров 80-85, двоичных счетчиков

86-88, реверсивного счетчика 89, элементов И 90-108, элементов ИЛИ

109-116, инверторов 117-118, входов

119-124, являющихся входом блока 11 управления. Прямой выход триггера .80 соединен с входами элементов И

103, 105, 94 и 98, а его инвесрый выход — с входами элементов И 104, 93, 97 и 107. Выходы элементов И 97 и 98 .соединены с входами элемента

ИЛИ 109, выход которого подключен к входам элементов И 101 и 102, входу элемента ИЛИ 110 и входу установки в "0" триггера 85, прямой выход которого соединен с вторыми входами элементов И 93 и 94 и входом элемента И 92. Выход элемента И 90 соединен с входом счетчика 88, выход которого подключен к второму входу элемента И 97, Второй вход элемента И

98 соединен с входом 124 блока 11, вход 122 которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ 109 и входами элементов ИЛИ 113, 112, 111 и 115.

Вход 119 блока 11 соединен с входами элементов И 90, 91, 92, 99, 100 и 106 и вторыми входами элементов

И 104 и 103, третьи входы которых соединены с вторым входом элемента

И 100 и прямым выходом триггера 81.

Выход элемента И 103 соединен с входом установки в "1" триггера 82.

Выход элемента 114 соединен с входом установки в "1" триггера 83. Прямой выход триггера 83 соединен с вторым входом элемента И 105, входом элемента И 107 и вторым входом элемента

И 90, выход которого соединен с входом счетчика 86, выход которого соединен с входом инвертора 118, вторым входом элемента И 107 и третьим входом элемента И 105, выход которого . соединен с входом установки в "1" триггера 84 ° Прямой выход триггера

84 соединен с вторыми входами элементов И 99 и 106 а выход элемента И

99 соединен с вторым входом элемента

И 113, выход которого соединен с входом установки в "0" триггера 84. Прямой выход триггера 82 соединен с входом элемента И 108 и вторым входом элемента И 91, выход которого соединен с входом счетчика 87, выход которого соединен с вторым входом элемента И 105. Вход )23 блока l! соединен с входом элемента И 96, второй вход которого соединен с выходом элемента

И 94, а выход — с входом реверсивного счетчика 89, выход которого соединен с вторым входом элемента И 102 и входом инвертора 117, выход которого соединен с вторым входом элемента И

101 выход которого соединен с входом установки в "1" триггера 80. Вход 120 блока 11 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 110 и входом элемента

ИЛИ 116, второй вход которого сое17 1322172 18

25 дйнен с выходом элемента И 102, а выход — с входом установки в "0" триггера 80. Вход 121 блока 11 соединен с входом элемента И 95, второй вход которого соединен с выходом элемента И 93, а выход — с вторым входом реверсивного счетчика 89. Выход элемента И 100 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 111, выход которого соединен с входом установки в "0" триггера 81, вход установки в

"1" которого подключен к выходу элемента ИЛИ 110. Выход инвертора 118 соединен с третьим входом элемента

И 108, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 114 и вторым входом элемента ИЛИ 112, выход которого подключен к входу установки в "0" триггера 82. Выход элемента И

107 подключен к второму входу элемента ИЛИ 115 и входу установки в "1" триггера 85, выход элемента И 104 соединен с третьим входом элемента

ИЛИ 115, выход которого соединен с входом установки в "0" триггера 83 °

Основание, счетчика 86 равно N основание счетчика 87 равно числу слов, которые могут храниться в регистрах сдвига блока 10 Р, основание счетчика 88 равно числу вычисляемых компонент ДПФ K. На этапе измерения начальных значений параметров гармоник в реверсивный счетчик 89 заносится

М единиц в соответствии с числом локальных максимумов спектра (числом сигналов Ц, поступающих на вход 121 блока управления). При коррекции значений параметров гармоник окончанию коррекции значений параметров какойлибо гармоники соответствует сигнал

S .поступающий на вход 123 блока управления. Пройдя через элемент И 96, сигнал S поступает. на вычитающий вход реверсивного счетчика 89, вычитая единицу. После коррекции М гармоник и поступления М сигналов S реверсивный счетчик 89 переходит через ноль, вырабатывая сигнал окончания коррекции. На остальные входы блока управления поступают следующие сигналы: на вход 119 — импульсы с выхода генератора тактовых импульсов, на вход 120 — сигнал "Пуск" для запуска блока управления, на вход 122 — сигнал Сброс", устанавливающий блок управления в исходное состояние, на вход 124 — сигнал С из блока 9 коррекции. В результате воздействия поступающих на вход сигналов на Bb!xo30

55 дах триггеров 80-85 формируются сигналы, временная диаграмма которых приведена на фиг. 11. Эти сигналы являются базовыми для формирования необходимых управляющих потенциалов на управляющих входах блоков устройства.

Таким образом, введение блоков

7 и 8 измерений частоты и измерения амплитуды и фазы соответственно позволяет измерять в цифровом анализаторе спектра значения частот, амплитуд и фаз гармонических составляющих сигнала также и в тех случаях, когда частоты гармоник не совпадают с значениями дискретных частот компонент

ДПФ сигнала, что снижает погрешность измерений укаэанных параметров. Введение блоков 9 коррекции и блока 10 регистров сдвига позволяет совместно с блоком 2 тригонометрического умножения реализовать алгоритм аддитивной итерационной коррекции погрешностей измерений параметров гармоник, что позволяет корректировать погрешности.

Формула изобретения

Цифровой анализатор спектра, основанный на дискретном преобразовании

Фурье, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блок тригонометрического умножения, сумматор, блок памяти, блок накопления, блок управления, причем вход аналого-цифрового преобразователя является входом устройства, а выход подключен к первому входу блока тригонометрического умножения, первые три входа сумматора подключены соответственно к выходам блока тригонометрического умножения, блока памяти и блока накопления,а его первые два выхода соединены соответственно с входами блока памяти и блока накопления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, амплитуды и фазы гармонических составляющих сигнала и сокращения времени анализа, в него дополнительно введены блок вычисления модуля и фазы, блок измерения частоты, блок измерения амплитуды и фазы, блок коррекции и блок регистров сдвига, причем первый вход блока вычисления модуля и фазы соединен с третьим выходом сумматора, первый его выход соединен с четвертым входом сумматора, второй третий его выходы соединены соот19

1322I72

20 ветственно с первым и вторым входами блока измерения частоты, первый выход которого соединен с первыми входами блока измерения амплитуды и фазы и блока регистров сдвига, второй и третий входы блока измерения амплитуды и фазы подключены соответственно к четвертому и пятому выходам блока вычисления модуля и фазы, выхо- ды блока измерения амплитуды и фазы соединены соответственно с вторым и третьим входом блока регистров сдвига, первый выход блока коррекции соединен с входом блока управления, а второй его выход соединен с четвертым входом блока регистров сдвига, выход которого соединен с входом блока коррекции и вторым входом блока тригонометрического умножения, третий вход которого соединен с вторым выходом блока накопления, второй выход блока измерения частоты соединен с пятым входом блока регистров сдвига, а выходы блока управления соединены с управляющими входами всех 25 блоков устройства.

2. Анализатор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок коррекции состоит иэ трех кооректируюпщх звеньев, схемы сравнения, регистра, элемента И и синхронизатора, причем первый выход синхронизатора соединен с тактовым входом регистра и первыми входами корректирующих звеньев, первая шина входа блока коррекции соединена с вторым входом регистра, информационным входом первого корректирующего звена и первым входом схемы сравнения, а выход регистра соединен с вторым ее входом, 40 выход схемы сравнения соединен с первым входом синхронизатора, второй выход которого соединен с вторыми входами корректирующих звеньев, а третий выход — с третьими входами корректирующих звеньев и с первой контрольной шиной блока коррекции, вторая и третья шины входа блока коррекции соединены соответственно с информационными входами второго и третьего корректирующих звеньев, первые выходы всех корректирующих звеньев являются соответственно первой, второй и третьей шинами выхода блока коррекции, а их вторые выходы подключены к входам элемента И, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора и с второй контрольной шиной блока коррекции, а третий вход синхронизатора соединен с третьей контрольной шиной блока коррекции.

3. Анализатор по пп. 1-2, о т л ич а ю шийся тем, что корректирующее звено состоит иэ ключа, вычитателя, сумматора, схемы сравнения и двух регистров, причем второй вход корректирующего звена подключен к управляющему входу ключа, выходы которого соответственно подключены к первому входу вычитателя и входу первого регистра, а вход ключа соединен с информационным входом корректирующего звена, первый вход которого соединен с тактовым входом первого регистра, а третий вход — с тактовым входом второго регистра, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения. и вторым входом вычитателя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра, а выход — с входом второго регистра и вторым входом схемы сравнения, выход второго регистра является первым выходом корректирующего звена, второй выход которого соединен с выходом схемы сравнения, Г""

) 3

« !

« с 1 ф

) Н11

-() с«J 7 с 1 . е»: —1«Г 1,5 у»

:) -, j„....., Х- l;: I .J

I

1 5

-.:. 1 с.; .11сС

1, (1

1

"«1 "

) t (I

1 4

Я 7 «7 Ц f ; фД Я

\ 1 ( г7

Ид о — -- — -ф

/ с с

1

« Й б с

li

Р, /.4

I с, 1 1 1 ь с 11 1

1 с с

jI я -. 1!

1 (1 1,, 7 1 с " 1 1 ь

1Г 7 3 — з 1!

322172

1322172

1322l72

l322172

Фиг. 0

Составитель В.Смолин

Редактор Л.Гратилло Техред Л.Олийнык Корректор Г. Решетник

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3635, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2858/40

Производственно-полиграфическое предприятие, г.. Ужгород, ул. Проектная, 4

Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра Цифровой анализатор спектра 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоизмерений, в частности к определению частотного спектра сложных периодических сигналов, и .т быть использовано в радиотехнике, приборостроении

Изобретение относится к иэмери- .тельной технике и может быть испольJJ 16 зовано при спектральном анализе сигналов сложной формы, содержащих гармонические составляющие с произволь-

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для анализа спектров сигналов в реальном масштабе времени

Изобретение относится к области измерения характеристик случайных сигналов

Изобретение относится к области измерения характеристик случайных сигналов

Изобретение относится к области ннйормацио Ко-измерительной техники

Изобретение относится к радиоизмерительной технике

Изобретение относится к обработке оптической информации и может быть использовано для решения задач регистрации изображения спектра, получаемого в Фурье-плоскости оптоэлектронного спектроанализатора

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для построения анализаторов спектра параллельного типа

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и противоаварийной автоматике электрических систем, и может быть использовано в цифровых системах защиты при прецизионном определении частоты сети

Изобретение относится к области радио- и измерительной техники и может быть использовано при разработке и модернизации анализаторов спектра и панорамных приемников

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при спектральном анализе сигналов с постоянной относительной разрешающей способностью по частоте

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя параметров радиосигналов в широкополосных системах связи, пеленгации и радиоразведке

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для спектрального анализа электрических сигналов

Изобретение относится к радиоизмерительным приборам

Изобретение относится к радиоизмерительным устройствам для высокочувствительного приемника-частотомера в системах связи, пеленгации и радиоразведки
Наверх