Цифровой панорамный измеритель частоты

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения сигналов с протяженным амплитудным спектром. Цифровой панорамный измеритель частоты ЦПИЧ содержит входной ключ 1, квадраторы 3, 5, 11, 13, сумматоры 4, 12, интерполяторы 6, 8, блоки 9, 10 скользящего интегрирования, экстрематор 14, генератор 15 синхроимпульсов, блок 7 текущей грубой оценки частоты , цифровой анализатор 2 комплексного спектра. ЦПИЧ имеет повьппенную точность измерения центральной части спектра радиосигнала. 12 ил. i

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 G 01 R 23 22 23!16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61), 569961 (21) 4118480/24-21

:(22) 25.09.86 (46) 30.07.88.Бюл. У 28 (71) Воронежский политехнический институт и Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола (72) А.П.Трифонов и А.К.Сенаторов (53),621 .31 7 .3 (088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 569961, кл. G Ol R 23/00, 1975. (54) ЦИФРОВОЙ ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ

Ф (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения сигналов с протяженным амплитудным спектром. Цифровой панорамный измеритель частоты ЦПИЧ содержит входной ключ 1, квадраторы

3, 5, 11, 13, сумматоры 4, 12, интерполяторы 6, 8, блоки 9, 10 скользящего интегрирования, экстрематор

14, генератор 15 синхроимпульсов, блок 7 текущей грубой оценки частоты, цифровой анализатор 2 комплексного спектра. ЦПИЧ имеет повьппенную точность измерения центральной части спектра радиосигнала. 12 ил °

1413547

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения сигналов с протяженным амплитудным спектром.

Цель изобретения — повышение точности измерения центральной частоты спектра радиосигнала, имеющего протяженный амплитудный спектр.

На фиг.l приведена структурная схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 — эпюра процесса образования ошибки измерения в известном устройстве при анализе сигнала с узким амплитудным спектром; на 15 фиг.3 — эпюра процесса образования ошибки измерения в известном устройстве при анализе сигнала с протяженным амплитудным спектром; на фиг.4 и 5 — эпюры модулей дискретных зна- 20 чений Х „ Õ действительной H мни5К мой составляющих комплексного спектра сигнала S(t) на выходе цифрового, анализатора 2 комплексного спектра; на фиг.6 — эпюра сигнала на выходе 25 сумматора 4; на фиг.7 — эпюра сигнала на выходе блока 7 текущей грубой оценки частоты; на фиг. 8 и 9 — эпюры действительной Х (я) и Х (ы) мнимой составляющих комплексного спектра сигнала S(t) на выходах интерполяторов 6 и 8 соответственно; на фиг.1 0 и 11 — эпюры сигналов

М (4 ) и М (4) на выходах блоков 9 и 10 скользящего интегрирования 35 соответственно; на фиг.12 — эпюры сигналов И,(4), И (1) образующихся на выходах квадраторов ll и 13 соответственно (а,б) и эпюра сигнала И()) на выходе сумматора 12 (в). 40

Измеритель (фиг.1) содержит ключевую схему l, соединенную с цифровым анализатором 2 комплексного спектра, к выходам которого подключены входы квадраторов 3 и 5 и первые входы интерполяторов 6 и 8. Выходы квадраторов 3 и 5 соединены с входами сумматора 4, выход которого соединен с входом блока 7 текущей грубой оценки частоты. Выход блока 7 текущей грубой50 оценки частоты подключен к вторым входам интерполяторсв 6 и 8 и к вторым входам блоков 9 и 10 скользящего интегрирования, а также к второму входу экстрематора 14. Первые входы блоков скользящего интегрирования 9 и 10 соединены с выходами интерполяторов 6 и 8 соответственно. Выходы блоков скользящего интегрирования 9 и

)О подключены к входам квадраторов

11 и 13 соответственно, Выходы квадраторов 11 и 13 соединены с входами сумматора 12 ° Выход сумматора 12 соединен с первым входом цифрового экстрематора 14. Выходы генератора 15 синхроимпульсов подключены через шину (1) к управляющим входам ключевой схемы 1 и цифрового анализатора 2 комплексного спектра, через шину (2) к управляемым входам блоков скользящего интегрирования 9, 1 О и через шину (3) к управляемому входу экстрематора 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На вход (1) ключа поступает аддитивная смесь g,(t) = S(t)+ n(t) радиосигнала S(t.) с.амплитудным спектром, постоянным в полосе частот (M < I + Q/2 и широкополосной помехи

n(t) с полосой частот, существенно. превышающей полосу частот радиосигнала.

Здесь — истинное значение иэмеряе" мой центральной частоты спектра радиосигнала. Неизвестная центральная частота спектра 1 радиосигнала при" нимает значения из диапазона(я„„

1„ „ ). Ключ l открывается импульсом в момент t,,который определяет нача" ло измерения и вырабатывается генератором 15 синхроимпульсов. Одновременно этот сигнал поступает на цифровой анализатор 2 комплексного спектра.

Длительность Т управляющего импульса выбирается равной максимально возможной длительности измеряемого сигнала.

В результате преобразования входного сигнала в низкочастотных фильтрах цифрового анализатора комплексного спектра выделяются низкочастотные составляющие в диапазоне (О -; Я „ „,) (макс мокс 4 мин + Q.) спектра коле баиия, Далее эти составляющие дискретизируются по времени с шагом /Л „, и преобразуются в цифровую форму. По N 52,„,Т/2 отсчетам сигнала анализатор 2 спектра формирует на выходах двух каналов

2N отсчетов действительной Х (я) и ск мнимой Х „(сс) частей Фурье-спектра в диапазоне (Π—. Q „)с шагом о Т/T. На фиг.4 и фиг.5 изображен примерный вид модулей 1Х „(Q)j и ) Х „(ы) соответственно. Для удобства йояснения работы устройства на фиг.ll и 12 помеха не изображена. Квадраторы 3 и 5 формируют квад1413547 раты модулей отсчетов действительной

) XcÄ (u) (и мнимой )Х „((а) частей

Фурье-спектра. Далее в сумматоре 4 образуется сумма квадратов модулей

2 отсчетов Фурье-спектра (Х„(ju)J

Х „(ц)+Х „(И), являющихся отсчетами спектра мощности входного сигнала X(t) (фиг.б). Блок 7 текущей грубой оценки частоты по последовательно поступающим отсчетам спектра мощности радиосигнала вырабатывает текущую грубую оценку частоты 3 л

Оценка 4 формируется путем перебора отсчетов спектра мощности и нахождения максимального из них

3(max)X„(ju)) = (Х„(11) и уточняется по мере поступления отсчетов спектра. На фиг.7 изображен максимальный отсчет спектра мощности сигналА, положение которого является текущей грубой оценкой частоты.

Блок 7 текущей грубой оценки частоты может быть выполнен в виде цифрового устройства, содержащего четыре ячейки памяти и схему сравнения. В первую ячейку памяти записывается число, характеризующее амплитуду перво-, го сравниваемого отсчета, во вторуюего номер, в третью ячейку памяти записывается число, характеризующее амплитуду второго сравниваемого отсчета, в четвертую — его номер. После сравнения амплитуд в первую ячейку заносится число, характеризующее наибольшую амплитуду, а во вторую— номер этого отсчета. По мере перебо: ра и сравнения отсчетов спектра мощности в первой ячейке будет формироваться число, характеризующее максимальную амплитуду, а во второй ячейке памяти — номер максимального

Л отсчета 4 . Таким образом, формируется текущая грубая оценка частоты 3, определяемая как номер дискреты спектра с максимальной амплитудой.

Иитерполяторы 6 и 8, используя . йзмеряемое в блоке 7 текущей грубой оценки частоты значение 3 а также информацию, содержащуюся в амплитудах отсчетов действительной

Х „()Я) и мнимой Хз,(jQ) частей дискретного Фурье-спектра, воспроизЛ водят в полосе частот(4 -Q., 4 + 9 J форму этих функций (фиг.8 для Х (u) и фиг,9 для Х (u)) для входной смеси радиосигнала и широкополосной помехи

n(t). Таким образом, интерполяторы, 5

40 выходе интерполятора, соответствующий X(ci)) или Х (а) (фиг.8 и 9)1 значение „i - изменяется в пределах (/ )/ЕЯ е

50 л () (4 + ---) /fa, значение k определя2 ется шириной полосы й, т.е.

= Я/2Eca. Шаг дискретизации Яу задается интерполяторами 6 и 8 как

55 минимально возможный при используемой элементной базе (47а сс бсср ).

Пределы изменения значеная 1(1„„„ i ) в блоках 9 и 10 скользящего, ма)(@ интегрирования корректируются инфор6 и 8 восстанавливают форму действительной Х (U) (фиг.8) и мнимой

Х (ес) (фиг.р) частей Суре-спектра

Л в полосе частот (.) -52, + Й), так как при дискретизации Фурье спектра с шагом dt s = « /Т возможно точное восстановление спектра в интервале между вычисленными спектральными отсчетами с помощью ряда Котельникова, Шаг дискретизации д интерполированных спектральных составляющих на выходе интерполято1(ха при этом существен-. но меньше, чем в цифровом комплексном анализаторе спектра 2, т.е. а G3 4с аQ.

Восстановленные действительная и мнимая части Фурье-спектра обрабатываются далее в блоках 9 и 10 скользящего интегрирования, поступая на их первые входы. Блоки 9 и 10 скользящего интегрирования формируют

4е п12 сигналы М () f Х (ц)(1и и

%+a/2 р-и/2

Х (1) Х (со) d сд (фиг,10) для

4 -h(2 значений 1 в полосе частот

Л !2. Ч

8 — - 12/2 ) + ---1. Эти блоки реализу"

2 - ют в цифровой форме линейные фильтры, согласованные с прямоугольным импульсом, являющимся функцией частоты, протяженность которого в частотной области равна ширине спектра полезного сигнала. Блок скольэящег0 интег. рирования — это линейный фильтр с прямоугольной переходной функцией, рассматриваемой как функция текущей частоты. В дискретной форме блок скользящего интегрирования выполняет операции е+К Х+«

М, . U ()ЛИ) ». U ,)аа < 3 jaaii -l(В где 1), (j K Q ) - цифровой сигнал на

1413547 мационным сигналом с блока 7 текущей грубой Фценки частоты.

Цифровые сигналы М (Q) (М (i)) и Мз(4) (M (i) ), сформировайные в блоках скользящего интегрирования, поступают на входы квадраторов 11 и

13 соответственно. Квадраторы 11 и

13 формируют сигналы (М (!)! (фиг, l2a) и Мз(1)1 (фиг.12б), которые !0 затем поступают на входы сумматора !2. Сумматор .12 формирует сигнал М(4) М (4) + М (4) (фиг,12в), который поступает на вход экстрема тора 14. Экстрематор 14 путем перебора поступающих чисел (характеризующих амплитуды M(i) отсчетов спект ра) определяет положение 1 -абсолютного максимума М(4), которое и является оценкой неизвестной несу20 щей частоты радиосигнале. В момент времени, соответствующий окончанию измерения, на выходе экстрематора указывается измеряемая частота (номер отсчета) спектра радиосигнала с

25 наибольшей точностью (Ф ). Управление потактным формированием наибольшего отсчета и его номера осуществляет генератор 15 синхроимпульсов по шине {3) . Информация о значении грубой оценки частотЫ 1 подается с выхода блока 7 на блоки 9, 1О и

14 для того, чтобы ограничить интер вал интегрирования Х (и), Х Ъ) и поиска экстремума сигнала M(4). 35

В результате сокращается время, необ ходимое для получения оценки 1„, неизвестной частоты 1, радиосигнала.! 40

При измерении несущей .частоты радиосигнала, имеющего протяженный плоский участок вершины амплитудного спектра, точность оценки частоты известным устройством значительно падает.

Предлагаемое устройство в этих условиях обеспечивает предельно достижимую точность оценки (оценку максимального правдоподобия) несущей частоты радиосигнала и обеспечивает более точную оценку по сравнению с известным.

Формула и э о б р е т е н и я

Цифровой панорамный измеритель частоты по авт.св. 1!! 569961, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения центральной частоты спектра радиосигналов с протяженным амплитудным спектром, в него введены входной ключ, последовательно соединенные первый дополнительный квадратор и первый дополнительный сумматор, последовательно соединенные дополнительный интерполятор, первый блок скользящего интегрирования, второй дополнительный квадратор, второй дополнительный сумматор и экстрематор, последовательно соединенные второй блок скользящего интегрирования и третий дополнительный квадратор, а также генератор синхроимпульсов, выходы которого соединены с вторьм входом экстрематора, с вторыми входами блоков скользящего интегрирования, с управляющим входом цифрового акали" затора комплексного спектра и через входной ключ с сигнальным входом цифрового анализатора комплексного спектра, первый вход которого соеди- нен с входом первого дополнительного квадратора и первым входом дополнительного интерполятора, выход nepsoro pononaavem moro сумматора соединен с входом блока грубой оценки частоты, вторые входы интерполяторов соединены с третьими входами блоков скользящего интегрирования, с выходом блока грубой оценки частоты .и с третьим входом экстрематора, выхОд квадратора соединен с вторым входом первого дополнительного сумматора, первый вход второго блока скользящего интегрирования подключен к выхо"

V ду интерполятора, а второй вход второ»

ro дополнительного сумматора соединен с выходом .третьего дополнительного квадратора. !

14l 3547

14I 3547

141 3547 а

Составитель А.Козленко

Редактор А.Огар Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Заказ 3779/48 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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