Спектральный анализатор

О П И"-"С.,А",И,И Е ИЗОБРЕТЕЙИЯ Союз Советскик Сфаиалистимвскиа Рвспублнк(ЭВ, К Ы.а 06 р 15/36 Государственный коиитет СССР яо дмам изобретений и открытийДата опубликования описания 050479(72) Автори изобретении А.А.Есюткин, А.И.Карякин и Г.Ф.Филаретов Московский ордена Ленина энергетический институт( 54 ) СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для построения цифровых спектроаналиэаторов случайных стационарных аргодических . и сигналов с произвольными законами распределения.Известен спектральный анализатор, содержащий блок согласования, генератор гармонических колебаний, зна-ковые блоки, интеграторы, квадраторы, сумматор и усреднители 1 .Наличие нестабильных аналоговых интеграторов и квадраторов делает подобные устройства не только слож- И ными в аппаратурном отношении но и приводит к большой приборной погрешности при измерении оценки спектральной плотности. Из известных спектральных анализаторов наиболее близким по технической сущности является устройство, 21 .Известное устройство содержит блок согласования, вход которого является входом анализатора, генератор гармонических сигналов, генератор вспомогательных сигналов, два усред,нителя и суммирующий усреднитель. Кроме того, прототип содержит генератор счетных импульсов, нелинейный преобразователь, блоки умножения, соединенные с аналоговыми усредннтелями, сравнивающие устройства, триггеры и счетчики. Известное устройство служит для получения оценки спектральной плотностинедостатком указанного известного устройства является наличие умножителей и сравнивающих устройств, работающих с многоразрядными числами, вследствие чего известное устройство является достаточно сложным.Целью настоящего изобретения является упрощение устройства для получения оценки спектральной плотности стационарных эргодических случайных сигналов.Эта цель достигается тем, что в анализатор введены четыре управляемых преобразователя полярностей, первые входы первого и второго управляемых преобразователей полярностей подключены к выходу блока согласования, вторые входы управляемых преобразователей полярности соединены соответственно с первым и вторым выходами генератора гармонических сигналов, третьи вхопы опключены656074 к первому выходу генератора вспомогательных сигналов, второй выход которого подключен к первым входам третьего и четвертого управляемых преобразователей полярности, вторые и третьи входы которых объединены и соединены соответственно с выходом первого и второго усреднителей, нходы которых подключены соответственно к выходам первого и второго управляемых преобразователей полярностей; входы суммирующего усреднителя под- Ю ключены соответственно к выходам третьего и четвертого управляемых преобразователей полярности.Другое отличие устройства состоит в том, что управляемый преобразова тель полярностей содержит инвертор, первый и второй ключи и коммутатор, выходы которого соединены соответственно с первыми входами ключей, выходы которых объединены и являются выходом управляемого преобразователя полярностей, второй вход первого ключа соединен с выходом инвертора, второй вход второго ключа и вход иннертора объединены и являются первым входом управляемого преобразователя полярностей, вторым и третьим входами которого являются соответственно первый и второй входы компаратора.Использование упомянутых соединений управляемых преобразователей полярностей в предлагаемом устройстве позволяет существенно упростить его аппаратурную реализацию, выражающуюся н замене сложных умножаю щих и квадрирующих устройств н прототипе, работающих с многоразрядными числами, простыми однотипными управляемыми преобразователями полярностей, которые представляют со бой типовые аналоговые ключи.На фиг,1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - схема управляемого преобразователя полярностей, 45 Предлагаемый спектральный анализатор содержит блок согласонания 1,генератор гармонических сигналов 2,первый и второй управляемые преобразователи полярностей 3, первыйи второй усреднители 4, генераторвспомогательных сигналов 5, третийи четвертый управляемые преобразователи полярностей 6, суммирующийусреднитель 7Каждый управляемыйпреобразователь полярностей содержит инвертор 8, первый и второйключи 9 и компаратор 10.Предлагаемое устройство работаетследующим образом,После масштабиронания и центрирования в блоке согласования 1 случайный сигнал х разветвляетсяна два канала - синусный и косинусный, Рассмотрим работу одного канала, поскольку другой канал работает аналогично.Поступая на первый вход входного управляемого преобразователя 3 синусного канала, сигнал х;) через инвертор 8 попадает на вход одного ключа 9 и непосредственно на вход другого ключа 9. На вторые(упранляющие) входы ключей подаются кусочно- постоянные сигналы с прямого и инверсного выходов компаратора 10 таким образом, что когда открыт один ключ, то другой закрыт. Компаратор 10 входного управляемого преобразователя полярностей 3 сравнивает дна сигнала - с синусного выхода генератора гармонических сигналов 2 и с первого выхода генератора вспомогательных сигналов 5. Дополнительный сигнал должен быть независимым от синусоидального сигнала и от входного сигнала, иметь равномерную плотность распределения в пределах изменения сравниваемого с ним сигнала.Таким образом, на прямом ныходе компаратора 10 будет сигнал вида 4(1), равный знаку суюсь синусоиды и первого вспомогательного сигнала. Причем, если полярность ) и х(1) одинаковая, то открыт ключ 9 прямой ветви, а если - разная, то открыт ключ 9 ветни с инвертором 8. В результате на выходе управляемого преобразователя полярностей поянляется напряжение, представляющее собой в сумме двуполярный сигнал, пропорциональный произведению х(1)поступающий на вход аналогового усреднителя 4, При условии, что время корреляции длительного сигнала Г и время корреляции входного сигнала Г находятся в соотношении Г, а постоянная времени усреднителя Г выбрана из услония ГС(Сннапряжения на выходе этого усреднителя по истечении времени Т 7, будет: где К - коэффициент пропорциональности,Далее это напряжение поступает на вход выходного управляемого преобразователя полярностей б. Поскольку первый и второй входы этого преоб. разонателя объединены, то на выходе его компаратора будет сигнал вида4 И,1 , равный знаку суммы дополнительного сигнала Ц и д(1) со второго выхода генератора 5 с упомянутыми свойствами, В результате на один нход выходного усреднителя с синус- ного канала .поступает напряжение ни- да656074 ср-.Оср 57 псрдти То г,ф Г ХЬ)собоэ 1 бф)-"1 формула изобретения Составитель ВГубницкая Техред Н,БаТираж 779ЦНИИПИ Государстпо делам иэоб35, Москва, ЖРау ЖовинскийКорректор Подписноевенного комитета ретений и открытишская наб. д,45 Редактор Мельниченко аказ 1528/40 лиал П 11 П Патентф, г,Ужгород, ул.Проектная При аналогичной работе косинусного канала на выходе выходногоусреднителя 7 будет суммарный сигнал где Ва) - оценка спектральной плотности входного сигнала х(1) на частоте 03,М - знак операции математического ожидания.Предлагаемое устройство существенно проще прототипа, посколькуне содержит сложных умножителей,сравнивающих устройств, нелинейногопреобразователя, вместо которыхв предлагаемом устройстве применены простые преобразователи полярностей, представляющие собой типовые управляемые аналоговые ключи.Практическая реализация описанного устройства не вызывает сомнения,поскольку оно целиком состоит иэ типовых элементов, выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью серийно в интегральном исполнении. 1. Спектральный анализатор, содержащий блок согласования, вход которого является входом анализатора, генератор гармонических сигналов, генератор вспомогательных сигналов, два усреднителя и суммирующий усреднитель о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения в спектральный анализатор дополнительно введены четыре управляемых преобразователя полярностей, первые входы первого и второго управляемых преобразователей полярностейподключены к выходу блока согласования, вторые входы управляемыхпреобразователей полярностей соединены соответственно с первым ивторым выходами генератора гармони ческих сигналов, третьи входы подключены к первому выходу генераторавспомогательных сигналов, второйвыход которого подключен к первымвходам третьего и четвертого управ ляемых преобразователей полярностей,вторые и третьи входы которых объединены и соединены соответственно свыходами первого и второго усреднителей,входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго управляемых преобразователейполярностей, входы суммирующегоусреднителя подключены соответственно к выходам третьего и четвертогоуправляемых преобразователей полярностей.2. Спектральный анализатор по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,управляемый преобразователь поляр.ностей содержит инвертор, первый и 25 второй ключи и компаратор, выходыкоторого соединены соответственнос первыми входами ключей, выходыкоторых объединены и являются выходом управляемого преобразователя 30 полярностей, второй вход первогоключа соединен с выходом инвертора,второй вход второго ключа и входинвертора объединены и являютсяпервым входом управляемого преобразователя полярностей, вторым и третьим входами которого являются соответственно первый и второй входыкомпаратора.Источники информации, принятые 40во внимание при экспертизе1. Мирский Г.Я, Аппаратурноеопределение характеристик случайныхпроцессов, М., Энергия 1972,с.276.2. Авторское свидетельство СССР 45 Р 323786, кл. 606 й 7/52,1970,