Измеритель частот бигармонического сигнала

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частот бигармонического сигнала. Цель изобретения - повышение быстродействия. На выходах линий 1, 2, 4, 5, 6 задержки,формируются составляющие линейной комбинации задержанных значений входного сигнала. С помощью перемножителей 3, 8, 18, 30, 32, 34, сумматоров 17, 29, 31, блоков 9, 19, 33 вычитания на выходах делителей 10 и 20 формируются напряжения, численно равные значениям коэффициен т ов авторегрессии а, и а2. Фиксирующие цепи 12 и 22, ключи 11 и 21 и компаратор 35 осуществляют подавление шумовых выбросов напряжений. Преобразования коэффициентов а , и а, осуществляемые в блоках 23, 24, 26 вычитания, блоках 16, 25, 28 нелинейного преобразования , сумматоре 14, делителях 13, 15, 27 и блоке 36 возведения в квадрат, позволяют сформировать значения частот входного сигнала за время, меньшее Г/лсо, где fiw - разность частот бигармонического нала. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gp G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

%ИВ:. ::

"l (21) 4227 142/24-21 (22) 10.04.87 (46) 15. 11.88. Бюл. Р 42 (71) Уральский политехнический институт им. С,N.Kèðîâà (72) В.А.Добряк, В.Д.Нехорошев, В.И.Лузин и Н.П.Никитин (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И- 1170374, кл. С 01 R 23/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

1287028, кл. С 01 К 23/00, 1987. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТ ВИГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения частот бигармонического сигнала. Цель изобретения — повышение быстродействия. На выходах линий 1, 2, 4, 5, 6 задержки формиру„„Я0„„1437794 A 1 ются составляющие линейной комбинации задержанных значений входного сигнала. С помощью перемножителей 3, 8, 18, 30, 32, 34, сумматоров 17, 29, 31, блоков 9, 19, 33 вычитания на выходах делителей 10 и 20 формируются напряжения, численно равные значениям коэффициенов авторегрессии а, и а . Фиксирующие цепи 12 и

22, ключи 11 и 21 и компаратор 35 осуществляют подавление шумовых выбросов напряжений. Преобразования коэффициентов а < и а, осуществляемые в блоках 23, 24, 26 вычитания, блоках 16, 25, 28 нелинейного преобразования, сумматоре 14, делителях

13, 15, 27 и блоке 36 возведения в квадрат, позволяют сформировать значения частот входного сигнала за время, меньшее « /аи, где ЬИ - pasность частот бигармонического сиг нала. 1 ил.

1437794 при t « 0; сов(ы,t +, ) при t О, Изобретение отнссится к радиотехнике и предназначено дл."-, .-:эмерещля частот бигармонического сигнала, Цель изобретения — повышение быстропействия.

Иа чертеже представлена блок-схема измери iеля частот бигярмокическс го сигнала.

Измеритель .-тастот бигармоническа- 16 го сигнала содержит линии 1 и задержки, перемножитель 3, линии 4 — 6 задержки, суъмата)5 7, перемножитель

8, блок 9 вычитания, делитель !О, ключ 11, фиксирующую цепь 12, делитель 13, сумматор 14 делитель 15, блок f6 нелинейнага преобразоча))ия сумматор 1 7,,перемножитель !8, блок

19 вычитания, делитель 20, ключ 21, фиксирующую цепь 22, блоки 23 и 24 рд вычитания, .блок 25 нелинейнога преобразования блок 26 вьгчитания „делитель 27, блок 28 нелинейного преобразования, сумматор 29, перемножитель 30, сумматор 3il, перемнаямтель

32„ блок 33 вычитания, перемнажитель

34, компаратор 35, блок 36 возведения в квадрат. Линии 1, 2, 4, 5 и 6 задержки и сумматор 7 соединены последовательно. Выход линии 2 задержки подключен к первым входам сумматора

31 и перемножителей 3 и 8. Выход линии 1 задержки соединен с первым входом сумматора 7, второй вход которого подключен к выходу линии 6 задержки. Выход сумматора 7 подключен к

35 второму входу перемножителя 8 и к первому входу перемножителя 34,, второй вход которого подключен к выходу сумматора 17 и первому вхоцу перемноЩ жителя 18. выход которого подключен к первому входу блока 19 вычитания, второй вход которого соединен с выхоцом перемножителя 3, второй вход которого соединен с выходом сумматора 31 и первым входом перемножителя

32. Второй вход перемножителя 32 подключен к выходу сумматора 29 и первому входу перемножителя 30, второй вход которого соединен с вторым входом перемножителя 18, первым входом

5Î сумматора 17, второй вход которого подключен к выходам линвФ 1 и 4 задержки. Выход перемножителя 30 соединен с первым входом блока 9 вычитания., второй вход которого соединен .55

f0

U(t) = IU,co8(r),t + 0,) + U, т с выходом перемнажителя 8. Вход линии 6 задержки соецинен с вторыми вхопами сумматоров 29 и 3 1, первый ахоп сумматора 29 соединен с входом линии 1 задержки. вход которой является входом измерителя. Выход перемнажителя 34 подключен к первому входу блока 33 вычитания, второй вход которого соединен с выходом перемножителя 32. Блок 33 вычитания соединен через последовательно соединенные делитель 20, ключ 21, фиксирующую цепь 22, блоки 23 и 24 вычитания, блок 25 нелинейного преобразования, блок 26 вычитания и делитель 27 с блоком 28 нелинейного греобраэования, выход которого является первым выходом измерителя, Блок 9 вычитания соединен череэ оследовательно соединенные делитель 10, ключ 11, фиксирующю цепь 12, делитель 13, сумматор 14 и делитель 15 с блоком 16 нелинейного преобразования, выход которого является вторым выходам измерителя. Выход делителя 13 соединен с вторым входам блока 26 вычитания и через блок 36 возведения в квадрат с вторым входом блока 24 вычитания. Выход блока 25 нелинейного преобразования подключен к второму вхоцу сумматора 14, Выход блока 19 вычитания подключен к вторым входам делителей 10 и 20 и входу кампаратора

35, выход которого соединен с управляющими входами ключей 11 и 21. Линии

1, 2, 4, 5 и 6,перемнажители 8, 3, 18, 30, 34 и 32, сумматоры 29, 31 и

17, бпоки 19, 33 и 9 вычитания и делители 10 и 20 образуют блок определения коэффициентов авторегрессии (a и а ), компаратор 35, фиксирующие цепи 12 и 22 и ключи 11 и 21 образуют блок ликвидации шумовых выбросов напряжений. Блоки 23, 24 и 26 вычитания, блоки 25, 28 и 16 нелинейного преобразования, сумматор 14, делители 27, 13 и 15 и блок 36 возведения в квадрат образуют блок формирования значений частот входного сигнала.

Измеритель частот бигармонического сигнала работает следующим обраэом.

На вход измерителя подается бигармонический сигнал випа:

1437794 а = 4соз с, c, cos о1, ь +

u(t) = -а, U(t — " ) — à U(t — 2c )

-а,U(t — 3< ) — U(t - 4 ), где коэффициенты авторегрессии а = -2(cos са3, о + cos»о ь); при t 5 . Зти коэффициенты равны:

U(t — ЗР) Qu(t) + U(t — 42)) — U(t — 2с} Cu(t — с,) + U(t — 5 )

U(t — 2 с ) (U(t — 2 с) + U(t — 4 ) — U(t — Зс ) (U(t -С) + U(t — 3C)g

fU(t- } + U(t-37)3(u(t- ) +U(t-5f)J-Cu(t-2Г)+п(с-4z)3 EU(t)+u(t-4.)3 а т

4 )3 — U(t — 3 ) (U(t - ) + U(t — 3 )J

U(t-2i U t — 2ь) + U(t—

I зо „(t) = (U(t) + u(t 4-„)) (U(t

2 ) + U(t — 4)); напряжение на выходе блока 33 вычи35

Б(} 4(} з

+ V(t — 4С), напряжение на выходе блока 9 вычио тания е напряжение на выходе перемножителя

U,(t) = U(t — Зг) (U(t -".) +

+ U(t — 3 ));

u,(t) = u(t — 3 } Pu(t} +

+ U(t — 4u)) — U(t - 2 } (U(t — с ) + U(t — 5с-)) .

При этом напряжения на выходах делителей 10 и 20 равны соответственно

U (с) — u, (с) u,(с), напряжение на выходе перемножителя

34 и4 (с) (u(» — ) + u(t 5о) (ц(с — С) + U(t — 3t)J;

Таким образом, при воздействии на вход измерителя бигармоническим ,сигналом эти напряжения в моменты времени t 5 равны значениям конапряжение на выходе перемножителя

32 где 11,, U< — амплитуды;

Ж, О2 — частоты;

М > Ч - начальные фазы гармонических составляющих сигнала.

Значение этого сигнала в момент времени t > 4c,, где — время задержки сигнала в каждой из линий sa держки, может быть представлено в виде линейной комбинации задержанных значений сигнала:

В момент времени t 4< напряжения на выходах линий 1, 2, 4, 5 и б задержки соответственно равны U(t-Г)

U(t — 2 ), U(t — 3C), U(t — 4 ), U(t — 5 ) . В момент времени t напряжение на выходе перемножителя 3

U, (t) = U(t — 2c) (U(t — 2c ) + напряжение на выходе блока 19 вычитания

Таким образом, частоты бигармонического сигнала а

1 2

О, = — arccos

Д л 2

Коэффициенты а и а в линейной комбинации задержанных значений сигнала находятся решением систем из двух линейных уравнений

U(t — ) = -à,)u(t — 2с,) + U(t — 4,)J — u(t — 5ь);

U(t) = -a„(U(t — с ) + U(t — 3 ))— — u(t — 4"") 5 эффициентов линейной комбинации задержанных значений сигнала:

1437794

Блок 23 вычитания реализует операцию

U>(t) = a, при t при t 5c..

На вход измерителя вместе с сиг-, налом U(t) частоту которого необходимо измерить, всегда поступают шумы. Эти шумы, пройдя соответствующие цепи, поступают на первые и вторые входи делителей 10 и 20. В некоторые моменты времени напряжения

U (t), U (t), поступающие на входы делителей 10 и 20, определяются шумами и на выходах делителей 10 и. 20 могут сформироваться выбросы напряжения, поскольку возможны случаи, когда величина шумового напряжения (t) (знаменатель) значительно мень1 ше величины шумовых напряжений U (t), U>(t) (числители). Для исключения таких выбросов в схему измерителя между делителем 20 и блоком 23 вычитания введены последовательно соединенные ключ 21 и фиксирующая цепь

22, между делителем 10 и делителем

13 - последовательно соединенные ключ 11 и фиксирующая цепь 12. Управляющие входы ключей 11 и 21 через компаратор 35 подключены к выходу блока 19 вычитания, Эта часть схемы работает следуэ щим образом.

В моменты времени, когда шумовое напряжение Ю1(t) значительно меньше величин шумовых напряжений U6(t), U>(t), срабатывает компаратор 35 и формирует на своем выходе прямоугольный импульс, который размыкает ключи 11 и 21. Выбросы напряжения на выходах делителей 10 и 20 не проходят к входам делителя 13 и блока

23 вычитания. Фиксирук)щие цепи 12 и 22 запоминают напряжения на выходах ключей 11 и 21 в момент их размыкания и сохраняют эту величину до момента следующего замыкания ключей

11 и 21. Таким образом, на вход блока 23 вычитания поступает напряжение

Uó(t) — аа а на вход делителя 13

V (t) = а без шумовых выбросов.

U„(t) = а — 2 путем вычитания опорного напряжения, а напряжение на выходе делителя

10 U„(t) = а !2.

Блок 36 возведения в квадрат формирует напряжение

15 U(, (t) = U„(t) = (a,/2) блок 24 вычитания — напряжение

U„(t) = U (t) — Н„,Ж =(а /2) — (а — 2) .

Напряжение на выходе блока 25 нелинейного преобразования

u„(t) = u„(c) Э0 напряжение на выходе блока 26 вычитания

U<, (t) U «(t) Н14

= -(а /2) +

35 напряжение на выходе сумматора 14

40 (t) = -(U (t) + U,< (t) ) = (6 И

= — (а< /2) Делители 15 и 27 реализуют операции

"<7 (t)

U „(t) "„(t) /2 блок 16 нелинейного преобразования

Н, () = агссоз (.), (г.), 1 блок 28 нелинейного преобразования

U (t) =- arccos U,>(t).

Таким образом, напряжение на первом выходе измерителя и (с) а, — 87CCOS л

1437794 8 вертый перемножитель, первый блок вычитания, второй делитель, второй ключ, вторая фиксирующая цепь, второй блок вычитания, третий блок вы5 читания, третий блок нелинейного преоказывается равным частоте входного сигнала (д,, а напряжение на втором выходе измерителя

2о а, +

arccos

С, оказывается равным частоте входного сигнала Q npu t 5v, Время измерения частот Q Яд бигармонического сигнала составляет 5 . При вы/

1! боре времени задержки о

5 О где d У = О = 03 время измерения частот бигармонического сигнала может быть меньше величины Т/d65, Кроме того результаты измерения не зависят от соотношения амплитуд гармонических составляющих U /U2. Так как в обычных анализаторах спектра время, необходимое для иэмереиия частот бигармонического сигнала, составляет г.„, 2и/йа. Измеритель частот бигармонического сигнала обладает повышенным быстродействием.

Формула и э обретения

Измеритель частот бигармонического сигнала, содержащий последовательно соединенные первую линию задержки, вход которой является входом измерителя, вторую линию задержки и первый перемножитель, второй перемножитель, первый сумматор, первый делитель, выход которого соединен с первым входом первого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу компаратора, а выход соединен с входом фиксирующей цепи, первый и второй блоки нелинейного преобразования, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные третья, четвертая и пятая линии задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с входом второй линии задержки, третий перемножитель, первый вход которого соединен с выходом второй линии задержки, последовательно соединенные четобразования, четвертый блок вычитания и третий целитель, выход которого соединен с входом первого блока нелинейного преобразования, выход которого является первым выходом измерителя, последовательно соединенные четвертый делитель, вход которого соединен с выходом первой фиксирующей цепи, третий сумматор и пятый делитель, выход которого подключен к входу второго блока нелинейного преобразования, выход которого является вторым выходом измерителя, выход четвертого делителя соединен с вторым входом четвертого блока вьтчитания и через блок возведения в квад рат — с вторым вхоцом третьего блока вычитания, выхоц третьего блока нели25 нейного преобразования подключен к второму входу третьего сумматора, выход компаратора соединен с управляющим входом второго ключа, вход компаратора соединен с вторыми вхо3р дами первого и вторîro делителей и выходом четвертого блока вычитания, первый вход которого подключен к выходу второго перемножителя, вход которого подключен к выходу третье35 го сумматора, первый вход которого соединен с выходом первой линии задержки, а второй вход которого соединен с выходом третьей линии задержки, с вторым входом второго перемно4О жителя и первым входом пятого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора и первым, входом шестого перемножителя, выход:шестого перемножителя соединен

4 с вторым входом первого блока вычита45 ния, второй вход пятого сумматора соединен с выхоцом четвертой линии задержки и первым входом первого сумматора, второй вход которого сое50 динен с выходом второй линии задержки, выход первого сумматора соединен с вторым входом первого перемножителя и вторым йходом шестого перемножителя, вход третьего перемножителя

55 соединен с выходом второго сумматора и первым входом четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй вход второго сумматора подСоставитель Ю.Минкин

Техред Л.Олийнык Корректор C,йекмар

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 5889/45 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

9 14377 ключен к выходу пятой линии задержки, выход первого перемножителя подключен к первому входу четвертого блока вычитания, выход пятого перемножителя подключен к первому входу пя5 того блока вычитания, второй вход

94 1О которого подключен к выходу третьего пер емножителя, выход пятого блока вычитания подключен к второму входу первого делителя, первый вход пятого сумматора соединен с входом первой линии задержки.