Анализатор частотно-временного распределения мощности

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для построения анализаторов спектра параллельного типа. Целью изобретения является разработка анализатора частотно-временного распределения спектра мощности, обеспечивающего более высокую достоверность распознавания анализируемых процессов. Анализатор содержит параллельно включенные каналы обработки, каждый из которых состоит из фильтра 1, линии задержки 2, двух умножителей 3 и 4, двух фазовращателей на 90^o 5 и 6, сумматора 7, устройства вычитания 8, амплитудного детектора 9 и синхронно-фазового демодулятора 10. Повышение достоверности распознавания сигналов достигается увеличением полноты их спектрального описания за счет определения огибающей и фазы распределения временной мощности сигналов. 1 ил.

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

Известны анализаторы спектра параллельного типа, принцип построения которых основан на методе фильтрации (см., например, Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. Т. 1: Ж.Макс, М.: Мир, 1983, с. 244-253). Известен также анализатор спектра, основанный на цифровой обработке сигналов (см., например, А.С. СССР N 1404968, кл. G 01 R 23/16, опубл. 1988).

Недостатками вышеуказанных устройств является невысокая точность анализа частотных параметров при низких отношениях сигнал/шум (менее 10 дБ).

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является анализатор частотно-временных распределений мощности (А.С. СССР N 1739310, кл. G 01 R 23/16, опубл. 1992), содержащий параллельно включенные каналы обработки, каждый из которых состоит из фильтра, линии задержки, двух умножителей, двух фазовращателей на 90^o и сумматора. При этом входы фильтра и линии задержки соединены в параллель и являются входами канала обработки, выход фильтра подключен к входам первых фазовращателя и умножителя, а выход линии задержки - к второму входу первого умножителя и входу второго фазовращателя, выходы фазовращателей подключены соответственно к первому и второму входам второго умножителя, а выходы умножителей подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого является выходом канала обработки.

Недостатком прототипа является невысокая достоверность распознавания анализируемых процессов из-за неполноты спектрального описания из структуры, в частности отсутствия информации о фазовых параметрах.

Целью изобретения является разработка анализатора частотно-временного распределения мощности, обеспечивающего более высокую достоверность распознавания анализируемых процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном анализаторе частотно-временного распределения мощности, содержащем N соединенных параллельно каналов обработки, каждый из которых содержит фильтр, линию задержки, первый и второй умножители и сумматор, причем входы фильтра и линии задержки объединены и являются входами канала обработки, выход фильтра соединен с входом первого фазовращателя и первым входом первого умножителя, а выход линии задержки соединен с вторым входом первого умножителя и входом второго фазовращателя, выходы первого и второго фазовращателей подключены соответственно к первому и второму входам второго умножителя, выходы умножителей подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого является выходом канала обработки, дополнительно в каждый канал обработки введены вычитатель, амплитудный детектор и синхронно-фазовый демодулятор. Первый и второй входы вычитателя подключены соответственно к выходам первого и второго умножителей, а выход вычитателя соединен с входами амплитудного детектора и синхронно-фазового демодулятора, выходы которых являются дополнительными выходами канала обработки.

Таким образом, за счет введения амплитудного детектора, синхронно-фазового демодулятора и устройства вычитания и соответствующих связей между ними и обеспечивается повышение достоверности распознавания процессов.

Структурная схема анализатора представлена на чертеже.

Анализатор частотно-временного распределения мощности содержит параллельно включенные каналы обработки, каждый из которых состоит из фильтра 1, линии задержки 2,двух умножителей 3 и 4, двух фазовращателей на 90^o 5 и 6, сумматора 7, устройства вычитания 8, амплитудного детектора 9 и синхронно-фазового демодулятора 10. Входы фильтра 1 и линии задержки 2 объединены и являются входами канала обработки, выход фильтра 1 соединен с входом фазовращателя 5 и первым входом умножителя 3, а выход линии задержки 2 соединен с вторым входом умножителя 3 и входом фазовращателя 6. Выходы фазовращателей 5 и 6 подключены соответственно к первому и второму входам умножителя 4, а выходы умножителей 3 и 4 подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 7 и первому и второму входам устройства вычитания 8. Выход устройства вычитания 8 соединен с выходами амплитудного детектора 9 и синхронно-фазового демодулятора 10. Выходы сумматора 7, амплитудного детектора 9 и синхронно-фазового демодулятора 10 являются выходами канала обработки.

Частоты настройки и полосы пропускания фильтра 1 подбираются так, чтобы фильтры перекрывали всю полосу анализа с необходимой разрешающей способностью. Фильтр 1 может быть собран по известным схемам, например, описанным в книге (Д. Кар. Проектирование и изготовление электронной аппаратуры. М.: Мир, 1980, с. 286).

Время задержки линии задержки 2 выбирается равным времени установления колебания в фильтре 1. Линия задержки строится по схеме последовательно соединенных Т- или П-образных контуров (В.В.Никитченко, Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех, ч. 1. Л.: ВАС, 1990, с. 142). При этом количество контуров определяется временем задержки, а их параметры - частотой настройки полосового фильтра 1.

Фазовращатели на 90^o 5 и 6 могут быть выполнены на операционном усилителе по схеме, обеспечивающей преобразование Гильберта. Выбор фазовращателя в качестве преобразователя Гильберта обусловлен тем, что для узкополосных сигналов нелинейного сдвига фаз фазовращателем относительно частоты можно пренебречь. Поэтому фазовый сдвиг всех гармоник сигнала постоянен и не зависит от частоты, т. е. происходит преобразование Гильберта. Одна из таких схем описана (В.В.Никитченко. Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех, ч. 1. Л.: ВАС, 1990, с. 125). Сумматор 7 и устройство вычитания 8 выполняются на базе операционного усилителя по схеме, описанной в (В.В.Никитченко. Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех, ч. 2. Л.: ВАС, 1990, с. 28). Слагаемые сигналы подаются на неинвертирующее плечо, вычитаемые на разные плечи операционного усилителя.

Умножители 3 и 4 строятся по схеме аналогового перемножителя прямого действия, описанной в (В.В.Никитченко, Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех, ч.1. Л.: ВАС, 1990, с. 95).

Амплитудный детектор 9 может быть выполнен на базе интегральной микросхемы по схеме, описанной в (В.В.Никитченко. Функциональные узлы адаптивных компенсаторов помех, ч.2. Л.: ВАС, 1990, с. 37).

Синхронно-вазовый демодулятор 10 может выполняться по схеме демодулятора сигналов с фазовой автоподстройкой частоты (А.Ф. Фомин, А.И. Хорошавин, О.И. Шелухин. Аналоговые и цифровые синхронно-фазовые измерители и демодуляторы. М.: Радио и связь, 1987, с.47).

Анализатор частотно-временного распределения мощности работает следующим образом. Входной сигнал Z/(t) подается параллельно на входы всех каналов обработки. На выходе фильтра 1 формируется гармоническая составляющая.

X(f,t) = a(f)cos2πft+b(f)sin2πft, , где a/(f) и b(f) - четная и нечетная части спектра Фурье реализации сигнала соответственно. Сигнал X(f,t) поступает на умножитель 3, где перемножается с входным сигналом Z(t), задержанным линией задержки 2 на время установления колебания в фильтре 1. С выхода фильтра 1 сигнал X(f,t) поступает также на фазовращатель на 90^{o o}5, где преобразуется в , с выхода линии задержки 2 сигнал Z(t) поступает на фазовращатель 6, на выходе которого осуществляется преобразование Гильберта . Сигналы перемножаются в умножителе 4. Сумма произведений , сформированная на выходе сумматора 7, представляет собой срез частотно -временного распределения активной мощности сигнала Z(t), а их разность.

, сформированная на выходе устройства вычитания 8, - срез частотно-временной реактивной мощности сигнала. Огибающая распределения переменной мощности на выходе амплитудного детектора 9 и распределения фаз на выходе синхронно-фазового демодулятора 10 частотно-временного представления P_p(f,t) в данном случае являются аналогами огибающей и фазы переменной мощности сигнала.

Таким образом, совокупность сигналов на трех выходах всех каналов обработки дает соответственно срезы частотно-временных распределений активной мощности, огибающей переменной мощности и фаз переменной мощности для заданного момента времени.

Формула изобретения

Анализатор частоты-временного распределения мощности, содержащий N соединенных параллельно каналов обработки, каждый из которых содержит фильтр, линию задержки, первый и второй умножители и сумматор, причем входы фильтра и линии задержки объединены и являются входами канала обработки, выход фильтра соединен с входом первого фазовращателя и первым входом первого умножителя, выход линии задержки соединен с вторым входом первого умножителя и входом второго фазовращателя, выходы первого и второго фазовращателей подключены соответственно к первому и второму входам второго умножителя, выходы умножителей подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого является выходом канала обработки, отличающийся тем, что дополнительно в каждый канал обработки введены вычитатель, амплитудный детектор и синхронно-фазовый демодулятор, первый и второй входы вычитателя подключены соответственно к выходам первого и второго умножителей, выход вычитателя соединен с входами амплитудного детектора и синхронно-фазового демодулятора, выходы которых являются дополнительными выходами канала обработки.

РИСУНКИ

Рисунок 1