Цифровой анализатор спектра

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для анализа случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности анализа. Анализатор содержит входной усилитель 1, блок 2 предварительной фильтрации, аналого-цифровой преобразователь 3. узкополосный цифровой фильтр 4, перемножитель 5 кодов, сумматор 6, блок 7 осреднения и блок 8 управления. Точность анализа достигается за счет использования блоков 2 и 5, а также за счет выполнения блока 8 управления в виде делителя 9 частоты, первого элемента 2И 10, формирователя 11 адреса, формирователя 12 временных интервалов, элемента 13 задержки , двух триггеров 1J и 15, второго элемента 2И 16, распределителя 17 импульсов, формирователя 18 команд и генератора 19 опорной частоты. 1 з.п.ф-лы. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬЭ

О

О (Я (21) 4464224/21 (22) 20.07.88 (46) 15.02,91. Бюл. М 6 (72) М.Я.Минц, В.Н,Чинков, Г,К.Кальянов и А.M.Воронкин (53) 621.317(088.8) (56) Мизин И.А., Матвеев А.А, Цифровые фильтры. M., 1979, с.188. (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для анализа случайных процессов. Цель изобретения— повышение точности анализа. Анализатор содержит входной усилитель 1, блок 2 предва„„. Ж „„1628005 А1 рительной фильтрации, аналого-цифровой преобразователь 3. узкополосный цифровой фильтр 4, перемножитель 5 кодов, сумматор

6, блок 7 осреднения и блок 8 управления.

Точность анализа достигается за счет использования блоков 2 и 5, а также за счет выполнения блока 8 управления в виде делителя 9 частоты, первого элемента 2И 10, формирователя 11 адреса, формирователя

12 временных интервалов, элемента 13 задержки, двух триггеров 1. и 15, второго элемента 2И 16, распределителя 17 импульсов, формирователя 18 команд и генератора 19 опорной частоты. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1628005

30

Изсбретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для анализа случайных процессов.

Цель изобретения — повышение точности анализа за счет использования блоков вза и мако ррел я ци он ной обработки входного и выходного сигналов цифрового фильтра, а также блока предварительной фильтрации.

На чертеже пред." -авлена структурная схема цифрового анализатора спектра.

Анализатор включает в себя входной усилитель 1, блок 2 предварительной фильтрации, аналого-цифровой преобразователь 3, узкополосный цифровой фильтр 4, перемножитель 5 кодов, сумматор 6, блок 7 осреднения и блок 8 управления.

Блок 8 управления содержит делитель 9 частоты, первый элемент 2И 10, формирователь 11 адреса, формирователь 12 временных интервалов, элемент 13 задержки, первый триггер 14, второй триггер 15, второй элемент 2И 16, распределитель 17 импульсов, формирователь 18 команд и генератор 19 опорной частоты.

В схеме анализатора последовательно включены входной усилитель 1, блок 2 предварительнойй фильтрации, аналого-цифровой преобразователь 3, узкополосный цифровой фильтр 4, перемножитель 5 кодов, сумматор 6 и блок 7 осреднени, при этом второй вход перемножителя 5 кодов соединен с выходом узкополосного цифрового фильтра 4, формирователь 11 адреса подключен к адресному входу узкополосного цифрового фильтра 4, формирователь

12 временных интервалов — к R-входу триггера 15, S-вход которого соединен с кнопкой "Пуск", а выход подключен к второму входу первого элемента 2И 10, кроме того, последовательно включены элемент 13 задержки, первый триггер 14, второй элемент

2И 16 и распределитель 17 импульсов на и выходов, управляющий выход которого подключен к R-входу первого триггера 14, а сигнальные выходы соединены с соответствующими входами формирователя 18 команд, при этом вы. оды формирователя 18 команд соответственно подключены к управляющим входам узкополосного цифрового фильтра 4, перемножителя 5 кодов, сумматора 6 и блока 7 осреднения; выход генератора 19 опорной частоты подключен непосредственно к второму входу второго элемента 2И 16, а через делитель 9 — к синхровходу блока 2 предварительной фильтрации и к первому входу первого элемента

2И 10, выход которого соединен с объединенными синхровходами аналого-цифрового преобразователя 3, форл1ирователя 11 адреса, формирователя 12 временных интервалов и входом элемента 13 задержки, Анализатор спектра работает следующим образом.

Исследуемый сигнал через входной усилитель 1 поступает на вход блока 2 предварительной фильтрации, в котором происходит умножение его на весовую кусочно-гармоническую функцию и интегрирование результата перемножения. Весовая функция формируется внутри данного блока под действием импульсной последовательности, поступающей на его синхровход с выхода делителя 9 частоты. Алгоритм работы блока 2 предварительной фильтрации построен так, что его АЧХ формируется таким образом. что на частотах, равных центральным частотам боковых лепестков

АЧХ узкополосного цифрового фильтра 4, она принимает значения, равные нулю, Это приводит к подавлению спектральных составляющих входного сигнала, попадающих в боковые лепестки АЧХ узкополосного цифрового фильтра 4. Таким образом, практически почти полностью устраняется составляющая методической погрешности, вызванная эффектом наложения спектров.

С выхода блока 2 предварительной фильтрации сигнал подается на аналогоцифровой преобразователь 3. Импульсы с генератора 19 опорной частоты подаются на делитель 9, которым задается частота квантования исследуемого сигнала. Перед началом измерений триггеры 14 и 15 находятся в нулевом состоянии и поддерживают элементы 2И 10 и 16 в закрытом состоянии. При нажатии кнопки "Пуск" триггер 15 устанавливается в единичное состояние, открывая по управляющему входу элемент 2И 10.

Импульсы с выхода делителя 9 частоты через элемент 2И 10 поступают на синхровход аналого-цифрового преобразователя 3 и на входы формирователя 11 адреса, формирователя 12 временных интервалов и элемента

13 задержки, Аналого-цифровой преобразователь 3 в каждом такте работы формирует коды элементов выборки, а на выходе формирователя 11 адреса формируются коды адресов коэффициентов. записанных в блоке весовых коэффициентов узкополосного цифрового фильтра 4. Формирователь 12 временных интервалов служит для задания времени анализа, Первый же импульс, поступающий на элемент 13 задержки, переводит триггер 14 в единичное состояние, потенциалом которого элемент 2И 16 по управляющему входу переводится в открытое состояние. Импульсы 4 с генератора 19 опорной частоты поступают через открытый элемент 2И 16 на вход распределителя 17

1628005

20 импульсое. С его выходов импульсы в определенной последовательности поступают на входы формирователя 18 команд, который формирует команды управления работой узкополосного цифрового фильтра 4, перемножителя 5 кодов, сумматора 6 и блока 7 осреднения, Коды Xi с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 поступают на первые входы узкополосного цифрового фильтра 4 и перемножителя 5 кодов. В узкополосном цифровом фильтре 4 под действием управляющих команд, поступающих с выхода формирователя 18 команд, реализуется вычислительная процедура в соответс вии с алгоритмом

Y(- ВХ вЂ” ВХ -г — АцУ -1 — A2i Yi-2, где Y — выходной код фильтра;

Ai — коды адресов коэффициентов;

 — коэффициент передачи цифрового фильтра.

Например, при поступлении кода Х1 на выходе узкополосного цифрового фильтра 4 образуется код

Y1 = ВХ1 —  Π— A11 Π— Аг1 О = ВХ1, при поступлении кода X2 — код

У2 = ВХ2 — В 0 — А12У1 — А22 С =- ВХ2— — А12У ., при поступлении кода Хз — код

Уз = ВХз — BX; — А1зУг — АгзУ1 и т.д.

Коды Yl с выхода узкополосного цифрового фильтра 4 подаются на второй вход перемножителя 5 кодов, в котором по команде управления, поступающей с формирователя 13 команд, определяется ñð произведения XiYI.

Последний также по команде с формирователя 18 команд записывается в сумматор 6. Запись кодов произведения Х У в сумматор 6 осуществляется через временные интервалы (n 1)/4 по истечении времени, равного n/f, импульсом с управляющего выхода распределителя 17 импульсов триггер 14 возвращается в исходное состояние, закрывая элемент 2И 16. На этом завершается вычислительная фаза для каждого элемента выборки.

Так работа анализатора продолжается до тех пор, пока формирователь 12 временных интервалов не еыоаботает сигнал окончания времени измерений (анализа), который, поступая на вход триггера 15, возвращает его в исходное состояние, прекращая работу прибора, Одновременно по команде с формирователя 18 команд производится запись результата суммиро25

N вания,>, Xi Yi в блок 7 осреднения, на

1=1 выходе которого формируется результат измерения

С = — Х У.

N1 — — 1

Таким образом, изобретение обеспечивает повышение точности аппаратурно о соектрального анализа эа счет уменьшения суммарной методической погрешности, состоящей из погрешности аппроксимации идсальноro спектрального окна. погрешности вычисления и погрешности нала:кения.

К уменьшению погрешносги вьчисления приводит взаимо:экорреляционная обработка входного и выходного сигналов узк эполосного цифре о о фильтрз, а погрешнос1и .аппроксимации — нестационарный режим работы цифрового фильтра, который сеод,-ся к перестройке его центральной частогы и коэффициента затухания в процессе анализа каждои гармоники, Формула изобретения

1. Цифровой анализатор спектра, содержащий еходно y:илитель, последовательно включенHые а>-.:лс: о-ци рровой преобразователь и 1коп. Jc:ûé цифровой л ильтр, а -акже суммато.„блок осреднсния иблокуправления,о г лича ю щийся 1ем, что, с целью повышения то«нос и анализа, дополни ельно введены блок г радеip;1 тел ной фильтрации и перемножитель кодов, один влод которого подк очеч к вы.. оду аналого-цифрового преобразователя, а дру гой вход — к выходу узкополосно о цифрового фильтра, при этом выход перемножителя кодов соединен через сумматор с входом блока осреднения, блок предварительной фильтрации включен между выходом входного усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, управляющие входы блока предварительной фильтрации и аналого-цифрового преобразовать ля подключены соответственно к первому и втор,му выходам блока управления, а угравляющие входы узкополосного цифрового . ильтра умнох<ителя кодов, сумматора i1 блока осреднения подключены соответс.аенно к третьему, четвертому, пятому и шестому выходам блока управления, седьмой выход которого подключен к второму сходу цифрового фильтра, 2, Анализатор спектра по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных генератора опорной частоты, делителя частоты, первого элемента 2И, элемента задер1628005

Составитель А. Орлов

Техред M.Ìîðãåíòàë

Редактор А. Огар

Корректор А. Осауленко

Заказ 339 Тираж 420 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 жки, первого триггера, второго элемента

2И, распределителя импульсов и формирователя команд, выходы которого соединены соответственно с третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока управления, а также формирователя временного интервала, второго триггера и формирователя адреса, выход которого подключен к седьмому выходу блока управления, а вход соединен с вторым выходом блока управления, выходом первого элемента 2И и входом формирователя временного интервала, выход которого через второй триггер подключен к второму входу первого элемента 2И, при этом второй вход второго триггера

5 подключен к шине "Пуск", выход делителя частоты соединен с первым выходом блока управления, выход генератора опорной частоты подключен к второму входу второго элемента 2И, а управляющий выход рас10 пределителя импульсов подключен к второму входу первого триггера.