Анализатор спектра

(53) УДК 621. 317. .757(088.8) Опубликовано 150780, Бюллетень Мо 26 Дата опубликования описания 15,0780(71) Заявитель Ленинградский институт авиационного приборостроения(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА 1Изобретение относится к областиаппаратурного определения основныхетатистических характеристик стационарных случайных процессов и можетбыть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, при иоследовании систем автоматического управления, биологических систем, акустических явлений и в других областях,имеющих связь со случайными процессами.Известны анализаторы, содержащиеумножители, интеграторы, квадраторыи сумматор (13Однако их недостатком является 15сложность определения обобщенныхчисловых характеристик спектральнойплотности.Известны также анализаторы, содержащие блок нелинейного преобразования, фильтр, смесители, интеграторы, квадраторы, сумматор и блок регистрации 23,Их недостатком является сложность измерения центральных спектральных моментов.Цель изобретения - упрощение анализа, т.е. обеспечение возможностинепосредственного измерениявторогои третьего нормированных центральных 30 2спектральных моментов случайных процессов.Указанная цель достигается за счет того, что анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные согласующий блок, блок нелинейного преобразования, фильтр и смйситель, а также блок регистрации, один вход.которого подключен к выходу интегратора через квадратор, а другой вход соединен с выходом блока усреднения, дополнительно содержит последовательно соединенные ограничитель, частотный дискриминатор и блок выделения модуля, а также Формирователь знаковой функции, подключенный между выходом дискриминатора и входом блока усреднения, при этом вход ограничителя подключен к выходу смесителя, а выход блока выделения модуля соединен с входом интегратора.На чертеже представлена структурная схема анализатора.Он состоит из согласующего блока 1, блока 2 нелинейного преобразователя, Фильтра 3, смесителя 4, ограничителя 5, частотного дискриминатора 6, блока 7 выделения модуля, интегратора 8, квадратора 9, блока 10 регистрации, Формирователя 11748266 Формула изобретения знаковой функции и блока 12 усреднения.Работает анализатор следующимобразом.Исследуемый узкополосный случайный процесс подается через согласующий блок 1, состоящий из калиброванного аттенюатора, эмиттерного повторителя и при необходимости усилителя, на блок 2 нелинейного преобразования. Блок 2 представляет собойв простейшем случае безынерционныйнелинейный элемент и на его выходепреобразованный процессхарактеризуется спектральной плотностьюЯ(М), состоящей из последовательности отделенных друг от другаспектральных полос,)=Го(,) Е= 0, 1,фЬО .Фильтр 3 выделяет И -ю спектральную полосу и процесс на его выходехарактеризуется средней частотой ив К раз более широким энергетическимспектром (к - коэффициент, зависящий от номера выделяемой спектральной полосы и ). Смеситель 4 с помощьюнапряжения гетеродина, имеющегочастоту И, понижает среднюю частотупью, При этом осуществляется линейное смещение выделенной спектральнойполосы на новую основную частоту += а -псо, (здесь принято И,.= д 4 о )В частности, при выборе я=опро: цесс х(1) на входе блока 5 вновь характеризуется среднейчастотой М = О,но имеет в К раз более широкий эйергетический спектр. Важнойособенностью преобразований, осуществляемых блоками 2, 3 и 4, является то,что при расширении в К раз энергетического спектра сохраняется подобие .формы спектральной плотностипреобразованного процесса Х(1) испектральной плотности исследуемоговходного случайного процесса. С выхода смесителя,4 преобразованный процесс х(1) подается на ограничитель 5. Ограничитель представляет собой устройство с симметричной динамической характеристикой, он состоит из безынерционного нелинейногоэлемента, после которого включен линейный фильтр, настроенный на частоту Ц. Полоса пропускания ограничителя достаточно широка, чтобы пропустить полосу спектра, сосредоточенную вблизи Ы беэ искажений но недостаточно широка, чтобы пропуститьРсоставляющие из любых других спектральных полос, появляющихся из-эа наличия нелинейного элемента, который в общей случае может быть выполнен на двух расстроенных относительно друг друга узкополосных фильтрах. Действия ограничителя 5 и частотного дискриминатора 6 заключаются в пре 4образовании изменений частоты в соответствующие изменения напряжения.С выхода часТотного дискриминатора сигнал подается одновременно наблок 7 и выделения модуля и формирователь 11. Блок 7 представляетсобойбезынерционный нелинейный элемент ислужит для выделения модуля. Интегратор 8 усредняет это значение по времени, а с помощью квадратора .9 возводит его в квадрат. Значение сигна ла,получающееся на выходе квадраторас точностью до постоянного множителя, равно величине второго нормированного центрального спектральногомомента процесса х(1);15 учитывая, что этими блоками обрабатывается предварительно преобразованный процесс хЩ , у которогоспектральная плотность враз ширеспектральной плотности исходного 20 процесса, блок 10 регистрации долженвыдавать данные о значении второгоцентрального спектрального моментаисследуемого узкополосного случайного процесса. В простейшем случае та,кая операция может выполняться засчет соответствующей градуировкишкалы блока 10.Процесс с выхода частотного дискриминатора 6 поступает также наформирователь 11 знаковой функции, З 0 который имеет характеристику типасимметричного идеального ограничителя. Величина п, получающаясяна выходе блока усреднения 12, однозначно определяется величиной и зна ком третьего центрального спектрального момента.. Блок 10 регистрации по даннымблока 12 выдает показания о значенииэтой измеряемой величины исследуемого 40 узкополосного случайного процесса.Блок 10 в предлагаемом устройствеимеет два.входа и в простейшем случаедва самостоятельных индикатора, содного из которых считываются показания о измеряемом втором спектраль ном моменте, а с другого - о третьем спектральном моменте.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет проводить прямыеизмерения второго и третьего цент ральных спектральных моментов уэкополосного случайного процесса. Этиизмерения не требуют предварительного полного анализа спектральной: плотности и вспомогательных вычисле ний. Предлагаемое устройство позволяет упростить процесс измерений,сократить избыточность измерений ипри обработке узкополосных процессовсущественно сократить время измерений, 60 Анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные согласую74826 б Составитель А.ОрловРедактор Т.Юрчикова Техред О. Андрейко Коррек р,о енто Е Пап" Заказ 4229/31 Тираж 1019Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5-филиал ППП фПатент", г.ужгород, ул.Проектная,4 щий блок, блок нелинейного преобразования, фильтр и смеситель, а такжеблок регистрации, один вход которогоподключен к выходу интегратора черезквадратор, а другой вход соединен свыходом блока усреднения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения анализа, он дополнительносодержит последовательно соединенныеограничитель, частотный дискриминатор и блок выделения модуля, а такжеформирователь знаковой функции, подключенный между выходом дискриминато ра и входом блока усреднения, приэтом вход ограничителя подключен квыходу смесителя, а выход блока выделения модуля соединен с входом интегратора;5Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., 1972, с.301, 353.2. Авторское свидетельство СССРВ 485390, кл. С 03 Р 23/00, 1975.