Цифровой анализатор спектра

(57)тельн обретение технике носитс измер испол ожет бытььного анал ля спектрал за д гназов термин рованных и еальном ма учаиных абе врем лов СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕК АВТОРСКОМУ СВИД(21) 3913693/2 (22) 18.06.85 (46) 07.11.86, (71) Воронежск институт (72) В.В.Быков (53) 681. 325 ( (56) Авторское У 652498, кл.Авторское с В 1190283, кл. ФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТР Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его динамическогодиапазона. Оно содержит блок 1 согласования, компаратор 3, генератор4 вспомогательного сигнала, реверсивные счетчики 8,1 и 8.2, элементИСКЛЮЧАВ%ЕЕ ИЛИ 9, ключ 10 и генератор 11 счетных импульсов. Ограничение исследуемого сигнала по полосефильтром 2 и использование в качестве опорных не гармонических, а меандровых сигналов генератора 7 позволяет исключить второй вспомогательньгй сигнал. Использование только одного вспомогательного компаратора 5, а также генератора 7 меандровых сигналов значительно упрощаетустройство, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь ЗО зовано для спектрального анализа детерминированных случайных сигналов н реальном масштабе времени, 5Цель изобретения - упрощение цифрового анализатора спектра и расширение его динамического диапазона.На чертеже приведена структурная схема устройства. 1 ОЦифровой анализатор спектра содержит блок 1 согласования, фильтр 2 и компаратор 3, соединенные последовательно,генератор 4 вспомогательного сигнала, выход которого соединен 15 с входом компаратора 5 и вторым входом компаратора 3, блоки 6,1 и 6.2 умножения знаков, первые входы которых соединены с выходами компараторов 3, вторые входы - соответственно 20 с выходами генератора 7 меандровых сигналов, а выходы - с вторыми входами соответственно ренерсивных счетчиков 8, 1 и 8.2, элемент ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ 9, входы которого соединены с выходами компараторов 3 и 5, выход с первым входом ключа 10, вторым входом подключенного к выходу генератора 11 счетных импульсов, а выходом к первым входам реверсивных счетчиков 8.1 и 8,2.1Анализатор спектра работает следуощим образом,В блоке 1 согласования исследуемый сигнал центрируется и масштабируется после чего ограничивается по полосе фильтром 2. Зто ограничение по полосе необходимо для устранения взаимодействия высших гармоник меандроного сигнала с исследуемым сигналом, что могло бы исказить результат спектрального анализа. Так как спектр меандроного сигнала содержит только нечетные гармоники(ближайшая из которых третья), то ,для устранения их влияния спектр исследуемого сигнала должен быть ограничен частотой, менее чем н 3 раза превышающей частоту генератора 7 меандрового сигнала. 50Компаратор 3 кнантует на два уровня сумму исследуемого сигнала(с выхода фильтра 2) со вспомогательным сигналом генератора 4 (этот сигнал независим от исследуемого 55 сигнала и имеет равномерную плотность распределения, границы которой обхватывают основной диапазон изменения исследуемого сигнала).11 риэтом математическое ожидание сигнала на выходе компаратора 3 с точностью до коэффициента пропорциональности равно мгновенному значению исследуемого сигнала (при условии, что интервал корреляции вспомогательного сигнала много меньше интервала корреляции исследуемогосигнала).Блоки 6,1 и 6.2 умножения знаковформируют сигнал логической "1" присовпадении уровней сигнала с выходакомпаратора 3 и соответственно опорных сигналов с выходов генератора 7меандровых сигналов. Так как влияниевысших гармоник меандрового сигналаустранено фильтром 2, то фактическив умножении участву т лишь перваягармоника меандрового сигнала. Приэтом математическое ожидание сигналов на выходах блоков 6.1 и 6,2 умножения знаков с точностью до коэффициента пропорциональности равнопроизведению исследуемого сигналана синусоидальный и косинусоидальный (т.е, квадратурные гармонические) опорные сигналы. Таким образом,операция перемножения аналоговыхсигналов сводится к более простойоперации перемножения знаков, которая легко реализуется на цифровыхэлементах.Интегрирование результата перемножения исследуемого сигнала наопорные сигналы осуществляется реверсивными счетчиками 8.1 и 8,2,входы управления направлением счетакоторых соединены соответственно свыходами блоков 6.1 и 6.2 умножениязнаков.На счетные входы реверсивныхсчетчиков 8,1 и 8.2 через ключ 10поступают счетные импульсы с генератора 11,Наличие вспомогательного случайного сигнала вносит в анализаторспектра дополнительные шумы, которыесужают его динамический диапазон:слабые сигналы могут оказаться нижеостаточного уровня вспомогательногосигнала на выходах реверсивных счетчиков 8,1 и 8.2. Для уменьшениявлияния вспомогательного сигнала нарезультат анализа используется компенсация этого сигнала, которая осуществляется следующим образом, Вспомогательный сигнал с выхода генератора 4 квантуется на два уровня1269046 квадратурных меандровых сигналов тактовым генератором, что также проще, чем синхронизация и стабилизация 15 частот ряда генераторов гармонических сигналов),Составитель В.Величкин Редактор О.Головач Техред Л.Сердюкова Корректор И,МускаЗаказ 6030/47 Тираж 728 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,4 компаратором 5, Полученный сигнал и квантовацный на два уровня сигнал суммы исследуемого и вспомогательного сигналов с выхода компаратора 3 поступает на входы элемента ИСКПЮЧАКЯЧЕЕ ИЛИ 9, на выходе которого формируется уровень логической "1" при неравнозначности входных сигналов. Этот уровень открывает ключ 10, разрешая прохождение счетных импульсов 10 с генератора 11 на счетные входы реверсивных счетчиков 8,1 и 8.2. При равнозначности упомянутых входных сигналов (в частности, при отсутствии исследуемого сигнала) на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЧЕЕ ИЛИ 9 формируется уровень логического "0", закрывающий ключ 10, при этом счетные импульсы на входы реверсивных счетчиков 8.1 и 8.2 не поступают. Таким 20 запретом счета и осуществляются компенсация вспомогательного сигнала и, следовательно, уменьшение его влияния на результат спектрального анализа и обеспечение уверенного обнаружения слабых сигналов (при этом компенсация не влияет на среднее значение полезного сигнала).Так как в анализаторе спектра используются квадратурные опорные сиг- ЗО налы генератора 7, то цифровые коды на выходах реверсивных счетчиков 8.1 и 8,2 соответствуют квадратурным составляющим исследуемого сигнала и, таким образом, представляют его комплексный спектр.Таким образом, ограничение исследуемого сигнала по полосе фильтром 2 и использование в качестве опорных не гармонических, а меандровых сигналов генератора 7 позволяют исключить присутствующий в известном устройстве второй вспомогательный сигнал и вследствие этого расширить динамический диапазон цифрового анализа.тора спектра. Кроме того, предлагаемый цифровой анализатор спектра существенно проще известного за счет упрощения генератора вспомогательных сигналов(так как нужен только один вспомогательный сигнал, а не два), уменьшениячисла компараторов (два по сравнениюс пятью в известном) и упрощения генератора опорцьж сигналов (генератор существенно проще генератора квадратурных гармонических сигналов, крометого, в многоканальном анализатореспектра все генераторы меандровыхсигналов могут синхронизироваться цстабилизироваться по частоте общим формула ц з о б р е т е н и я 11 ифровой анализатор спектра, содержащий блок согласования, вход которого соединен с входом анализатора, генератор вспомогательного сигнала, первый компаратор, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ключ, соединенные последовательно, генератор счетных импульсов, подключенный к информационному входу ключа, выход которого соединен с информационными входами первого и второго реверсивных счетчиков, о т личающийся тем, что, сцелью расширения динамического диапазона и упрощения анализатора, в него введены фильтр, вход которого соединен с выходом блока согласования, второй компаратор, первый вход которого соединен с выходом генератора вспомогательного сигнала, второй вход - с выходом фильтра, а выход - с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а также генератор меандровых сигналов и первый и второй блоки умножения знаков, первые входы которых соединены с вьжодом второго компаратора, вторые входы - с выходами генератора меандровых сигналов, а выходы - с управляющими входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков.