Анализатор спектра

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i!) 840762 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 25.01. 78 (2I ) 2573092/18-21. (51) М. Кл.

G О1 R 23/16 с присоединением заявки ¹

Воударотввииый комитет

СССР

an делам изабретеиий и открытий (23) Приоритет— (53) УЙК 621.317. . 757 (088. 8) Опубликовано 23.06.81. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 25.06.81 (72) Автор. изобретения

-т.

I

В. И. Бабенко (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА устройство относится к вычислительной технике и может быть использовано для определения дискретного преобразования Фурье исследуемых сигналов.

Известны цифровые анализаторы спектра прямого или итерационного действия, посредством которых реализация дискретного преобразователя Фурье сводится к выборке и кодированию в цифровом виде мгновенных значений сигнала f(k), отдельному генерированию весовых коэффициентов cos < pk-jûï †„ pk, 2Я ° ° 2% где Й вЂ” количество учитываемых отсчетов сигнала; . р = О,N/2-1 — безразмерные частоты анализа, в том же кодовом представлении — перемножению отсчетов сигнала f(k) с соответствующими коэффициентами cos pk и з1п †„ pk

И и суммированию взвешенных отсчетов сигнала по всем k для фиксированных значений р (1).

Основным недостатком таких цифровых анализаторов спектра является их малое быстродействие, что ограничивает рабочий диапазон частот.

Известны также анализаторы снектра, в которых, с целью увеличения быстродействия, введены преобразователь кода аргумента в значения косину-, са и синуса,.формирователь кода аргумента и знаков синуса и косинуса, т.е. вместо постоянного запоминающего устройства, в котором обычно хранятся в цифровом виде значения косинусных и синусных коэффициентов, предлагается формировать эти значения весовых коэффициентов путем линейной аппроксимации синусных и косинуснйх функций, причем сам преобразователь кода аргумента в значения синуса и косинуса содержит целый ряд узлов цифровой техники и предназначен только для уменьшения времени, которое обычно затрачивается на обращение к постоянному запоминающему устройству (21.

Недостаток устройств — низкое быстродействие.

1 ров, аналоговое запоминающее устройство 12, выполненное в виде аналогового ключа, нагруженного на запоми" нающий конденсатор (на чертеже не показан), две схемы 13 и 14 аналогового взвешивания, выполненные в виде единых резисторно-переключающихся ячеек (на чертеже не показаны) программный блок 15 управления, выполненный

10 в виде простейшего конечного цифрового автомата, содержащего последова" тельно соединенные между собой счетчик 16 номера частоты, сумматор 17 номеров весовых коэффициентов, накоys питель 18 номероь весовых коэффициентов, соединенный со вторым входом сумматора 17, выход которого подключен к регистру 19 номеров весовых коэффициентов, соединенному со вхо20 дом дешифратора 2О. В состав схемы 15 управления входит также счетчик 21 ! номера временного отсчета, выход

"нулевое состояние" которого подключе ко входу "запрет-записи" сумматора 17.

25 Анализатор спектра содержит также две схемы ИЛИ 22 и 23.

Аналоговое запоминающее устройство 12 — это элемент аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выполняющий

30 ту же функцию, поэтому он вынесен из

АЦП и поставлен на входе схемы анализатора. Все 2п-АЦП, применяемые в предлагаемом анализаторе спектра, не содержат аналоговой схемы выборки и

35 запоминания, что значительно упрощает их практическую реализацию.

Исследуемый сигнал (t) подается на вход схемы аналогового запоминающего устройства 12,.где осуществля40 ется его дискретизация с частотой, равной частоте следования импульсов с первого выхода программного блока 15 управления, т.е. с выхода счетчика 21 номера временного отсчета. Первый им" пульс с выхода счетчика 21 номера временного отсчета появится только при появлении первого импульса переполнения счетчика 16 номера частоты.

Поэтому "нулевое состояние" счетчи>0 ка 21 используется для взятия аналоговым запоминающим устройством 12 первого, по порядковому номеру к-временного отсчета сигнала f(k) k=0.

"Нулевое состояние" счетчика 21 используется также как потенциал "запрет-записи" содержимого счетчика 16 в сумматор 17 на длительности первого импульса дискретизации Зсмк М = О . г

3 840762 4.

Цель изобретения — увеличение рабочего диапазона частот.

Эта цель достигается тем, что устройство, содержащее входное аналогозапоминающее устройство, подключенное ко входам двух квадратурных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных схемы аналогового взвешивания группы преобразователей

1 аналог-код, сумматора и накопителя; причем выход накопителя подключен ко второму входу сумматора, генератор тактовых импульсов, выходы которого подключены ко вторым входам преобра- . зователей аналог-код обеих групп, элементы ИЛИ, дополнительно содержит программный блок управления взвешиванием, один выход которого подключен ко второму входу входного аналого-запоминающего устройства, другой выход подключен одновременно ко вторым входам обеих схем аналогового взвешиваиия, а вход соединен через элемент

ИЛИ с выходами генератора тактовой частоты, при этом вторые выходы группы преобразователей аналог-код одного из каналов подключены через второй: элемент ИЛИ к третьим входам сумматоров и вторым входам накопителей обоих каналов.

Кроме того, программный блшк управления взвешиванием выполнен в виде счетчика временного отсчета посЛедовательно соединенных счетчика номера частоты, третьего сумматора, регистра номеров весовых коэффициентов и дешифратора, при этом второй выход счетчика номера частоты подключен через счетчик временного отсчета ко второму входу сумматора, третий вход которого подключен к выходу накопителя, у которого вхбды соединены соответственно с выходом сумматора и со входом счетчика номера частоты.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Анализатор . спектра содержит генератор тактовых импульсов 1, группу 2 квадратурных каналов, содержащую преобразователи 3,4,..., для синусного канала обработки и группу 5 преобразователей аналог-код, содержащую преобразователи 5,7,...,tl для косинусного канала обработки. В состав анализатора входят сумматоры 8 и 9 накопителей 10 и ll частных произведений, выполненные в виде набора разрядных цепочек сдвигающих регист5 840762

55 и код на входе дешифратора 20 не изменяется, что .обеспечивает включение весового канала схемы 13 для Р = О.

cos — РК = I К = О, P .= О, 2ь

5 для взвешивания отсчета сигнала

A(k) k = О на все значения безразмер.1. ных частот Р6 0 й/2-1. Первый импульс с выхода генератора 1 является импульсом "начало преобразования" для 10 преобразователя 3 в синусном и преобразователя 6 в косинусном каналах обработки, Отсчет сигнала f(k) на выходе схемы 13 оказывается взвешенным на коэффициент передачи 15

f(k)cos — PK = f(k); К = О, P = О, и после преобразования преобразователем 6 в цифровой вид импульсом "конец йреобразования",поступающим с выхода 2р преобразователя 6 через схему ИЛИ 22 на управляющие входы сумматора 9 и накопителя 11, переписывается в сумматор 9, где осуществляется суммирование текущего значения f(k)cos — PK, 1V

К = О; P = О, с нулевым значением накопителя для К = 0 и порядкового номера частоты Р = 0 и перезапись снова в накопитель 11. Второй импульс с выхода генератора l включает AIUI 4 и 7 íà 5в преобразование в цифровой вид взве-. шенной выборки сигнала

f(k)cos — PK = f(k); К = О, P = О, 2

И З5 и импульсом конец преобразования

АЦП 7 текущее значение сигнала суммируется с нулевым значением накопителя для порядкового номера частоты р = 1 и переписывается в накопитель ll. и-й импульс генератора 1 включает п -Е

АЦП на преобразование в цифровой вид взвешенной выборки сигнала яй

Е(К)СО — РК=ф (4, K=>< Р = О, и импульсом "конец преобразования" и-го АЦП осуществляется суммирование с нулевым значением накопителя для

Р и и запись снова в накопитель Il.

Период следования импульсов с первого

50 выхода генератора 1 равняется

1 дй = — ф

n2fb где f — верхняя граничная частота б исследуемого сигнала, n +I-й импульс генератора 1 снова включает АЦП 3 и 6,11 +2-й импульс - АЦП 4 и 7 и

Теде

Информационный выход каждого АЦП подключен к первому информационному входу сумматора 9, поэтому на входе последнего стоит развязывающая цепочка для и -АЦП типа и -входовой схемы

ИЛИ, т.е. выход схемы ИЛИ подключает по очереди выход каждого АЦП на вход сумматора 9 в момент поступления импульсов "конец преобразования".

После преобразования взвешенной выборки сигнала »

f(K)с,Os „ K=т, К), К=О;Р-О ее суммирования с нулевым значением накопителя 11 для последней по порядковому номеру частоты Р=й/2-1 на первом выходе программный блок управления 15 появляется импульс. включения устройства 12 (соответствующий импульсу переполнения счетчика 16) на взятие очередного по порядковому номеру безразмерного времени К отсчета сигнала f (kit), k = 1, а потенциал включения весового канала на втором выходе блока 15 будет изменяться на длительности второго импульса дискретизации Knt, где К = 1 по заданной программе программного блока управлеи ния 15 для всех частот РЕ, 0 --1, так как исчезает потенциал "запрет записи" содержимого счетчика 16 и сумматора 17 (исчезает нулевое состояние счетчика 21).

Вычисление номера весового коэффициентаа . 2% РК К-<}P+P и

-ехр(-j —" PK) = W> Ч pëÿ каждого временного отсчета К по всем безразмерным частотам анализа Р осуществляется при суммировании по модулю К содержимого накопителя 18 номеров весовых коэффициентов с значением кода номера частоты, подаваемого на второй вход сумматора 17 номеров весовых коэффициентов со счетчика 16 номера частоты. Код с выхода сумматора 17, представляющий полный адрес весового коэффициента, переписывается каждым импульсом генератора 1 в накопитель 18 (импульсом, поступающим через схему ИЛИ 23 на управляющий вход накопителя 18/ и без двух старших pasрядов — в регистр номеров весовых коэффициентов 19, соединенный с дешифратором 20. Выходной (управляющий) импульс дешифратора 20, соответствующий для данного К и Р номеру весового коэффициента ЦК -1) Рю.1 включает .

840762

Формула изобретения

1. Анализатор спектра, содержащий входное аналого-запоминающее устройство, подключенное ко входам двух квадратурных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных схемы аналогового взвешивания, группы преобразователей аналогкод, сумматора и накопителя, причем выход накопителя подключен ко второму входу сумматора, генератор тактовых импульсов, выходы которого подключены ко вторым входам преобразователей аналог-код обеих групп, элементы ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона рабочих частот, он дополнительно содержит программный блок управления взвешиванием, один выход которого подключен ко второму входу входного аналого-запоминающего устройства, другой выход подключен одновременно ко вторым входам обеих схем аналогового взвешивания, а вход соединен через элемент ИЛИ с выходами генератора тактовой частоты, при этом вторые выходы группы пре образователей аналог-код одного иэ ка налов подключены через второй элемент ИЛИ к третьим входам сумматоров и вторым входам накопителей обоих ка налов. ключи, а следовательно, и резисторы схем аналогового взвешивания 13 и 14, обеспечивая взвешивание отсчета сигнала 1(1 ) на весовые коэффициенты

ЩЧ 2ь ш(к)сов — Рк и (к)=-9 п к

Например, первым импульсом с вйхода генератора 1 на длительности второго импульса дискретизации K6t, К l,вклю- . чается весовой коэффициент для номера io

KP,. К = 1, р =О, вторым импульсом генератора включается весовой коэффициент для номера КР; К 1; P = О, вторым импульсом генератора 1 включается весовой коэффициент для aoMepaK1i1s

К=l; P =i и т.д. до номера KP К=1, Р=й/2-1.

Цифровые значения частотных произве2Ж 2% дений f (k) cos — РК и f (k) з1n — PK

14 . 1 1 20 с выхода АЦП 6,7,...,n и 3,4,..., и подаются на первые информационные входы сумматора 9 и 8, иа вторые информационные входы которых подаются текущие частные значения накопителей 11 2s и 10, в которых осуществляется циклическое движение сумм частных произведений, соответствующих частотамР10Я-l по сдвигающим регистрам с возвращением этих сумм в сумматоры при Р=О ко зо времени очередного (k+1)-го дшскретного отсчета сигнала. Сдвиг слов, соотвествующих текущему значению сумм част ных произведений составляющих спектра

Фурье, осуществляется в сдвиговых ре- 35 гистрах накопителей 10 и ll с частотой следования импульсов "конец преобразования", поступающих с выхода АЦП

6,7,.;.,и .

Таким образом, используя конечное 40 время преобразования АЦП взвешенной выборки сигнала в цифровой вид можно совместить во времени, равном времени преобразования одного АЦП взвеши1 ание и преобразование в цифровой вид 45 отсчета сигнала f(k) íà и значений частот анализа P. Взвешивание отсчета сигнала f(k) на весовые коэффициенты схем взвешивания осуществляется почти мгновенно (занимает время включения so ключа) и для и значений частот осуществляется сдвигом, равным времени включения ключа. Преобразование взвешенных отсчетов сигнала, например на длительности второго импульса дискре- 55 .тизации Kht К = 1

f(k)cos PK, К = 1, 9= О, N

f (k)cos PK 1, = 1, Р = 1, 8

f(V)cosX PK, 1(1, Д = n, „К в цифровой вид можно совместить на длительности преобразования одного

АЦП со сдвигом во времени, равным п3 где t время включения ключа.

Преимуществом структуры анализатора спектра является возможность включения в состав схемы нескольких преобразователей аналог-код. Включив, например, четыре преобразователя с

t>>= 5 мк ° сек, получим

N — = 80 мк сек, 2 4 пд. что соответствует Ф = 6000 Гц, т.е. в четыре раза расширяется диапазон рабочих частот.

2. Анализатор по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что программный блок управления взвешиванием выполнен в виде счетчика временного отсчета последовательно соединенных счетчика номера частоты, третьего сумматора, регистра номеров весовых коэффициентов и дешифратора, при этом второй вы84076

Составитель А. Орлов

Редактор С Родикова Техред

Корректор О. Билак

Заказ 4754/65 Тираж 732

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ход счетчика номера частоты подключен через счетчик временного отсчета ко второму входу сумматора, третий вход которого подключен к выходу накопителя, у которого входы соединены соответственно с выходом сумматора и со входом счетчика номера частоты.

2 10

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 11- 3631339, кл. 324-77, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 446063, кл. G 06 F 25/34, 1Ч74.