Устройство для вычисления спектра сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)4 С 06 Р 15/332 О НИЕ ИЭО ОМУ СВИДЕТЕЛ Н АВТ ПЕК 1 Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Авторское свидетельство СССР У 734713, кл. С 06 Р 15/332, 1982.Высоцкий Ф.Б, и др. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1984, с. 22, рис. 1.8,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ С ТРА СИГНАЛОВ .(57) Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам спектрального анализа сигналов, представленных в цифровой форме. Цель изобретения - повышение точности путем устранения амплитудно-час.тотных искажений в спектре сигналов. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят фильтры 1 промежуточной частоты, коммутатор 2, фазовые детекторы - 3, фильтры 4 нижних частот, аналогоцифровые преобразователи 5, блок 6 дискретного преобразования Фурье, генератор 7 шумового сигнала, переключатели 8, 9, ключи 10, 11, умно- житель 12, сумматор 13, блок 14 памяти, счетчик 15 адреса, блок 16 постоянной памяти, инфОрмационные входы 17, информационный выход 18, вход 19 задания режима, тактовые входы 20, 21. 1 ил.4 2детекторов 3. После преобразования в фазовых детекторах 3, фильтрах 4 нижних частот и АЦП 5 шумовой сигнал, дискретиэированный по времени, квантованный по уровню и представленньй в двоичном коде, подается на входы БПФ 6, который производит вычисление дискретного преобразования фурье по алгоритму БПФ. Таким образом, на выходе БПФ 6.будут получены три последовательности спектральных отсчетов шумового сигнала, которые являются мгновенными спектрами шумового сигнала, прошедшего через три фильтра 1 промежуточной частоты.С помощью переключателя 9 с выхода БПФ 6 последовательности спектральных отсчетов шумового сигнала подаются на первый вход сумматора 13, на второй вход которого с выхода разомкнутого ключа 1 О подаются нулевые отсчеты, которые не меняют значений спектральных отсчетов шумового сигнала. Полученная сумма снимается со старших разрядов, что эквивалентно уменьшению результата в два раза. Этим достигается усреднение двух чисел и. Устраняется возможное переполнение разрядной сетки при сложении двух чисел. С выхода сумматора 13 уменьшенные в два раза спектральные отсчеты шумового сигнала поочередно записываются в ячейки памяти блока 14 памяти с адресами, которые вырабатываются счетчиком 15 адреса, На этом заканчивается один цикл вычисления и записи мгновенных спектров шумового сигнала. Для определения АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты необходимо провести многократное вычисление мгновенных спектров шумового сигнала и их усреднение, поэтому описанный режим работы устройства вычисления спектра сигналов периодически повторяется с тем отличием, что при повторных вычислениях мгновенных спектров шумового сигнала замыкается ключ 10 и амплитудные значения вновь вычисленных мгновенных спектров шумового сигнала суммируются в сумматоре13 с амплитудными значениями мгновенных спектров шумового сигнала, записанных в блоке 14 памяти, т.е. произ" водится чередование режима считывания из блока 14 памяти спектральныхотсчетов шумового сигнала, которые 1136324Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам спектрального анализа сигналов, представленных в цифровой форме.5Целью изобретения является повыше ние точности путем устранения амплитудно-частотных искажений в спектресигналов.На чертеже приведена блок-схемапредлагаемого устройства.Устройство для вычисления спектрасигналов содержит фильтры 1 промежуточной частоты, коммутатор 2, два канала, каждый из которых состоит изпоследовательно соединенных фазовогодетектора 3, фильтра 4 нижних частот,аналого-цифрового преобразователя(АЦП) 5, блок 6 дискретного преобразования Фурье (БПФ), генератор 7 шумового сигнала, переключатели 8-9,ключи 1 О, умножитель 12, сумматор13, блок 14 памятй, счетчик 15 адреса,блок 16 постоянной памяти, информационные входы 17, информационные 25выходы 18, вход 19 задания режима,первый 20 и второй 21 тактовые входы.Устройство работает следующим, образом.Амплитудно-частотные искаженияв спектре сигналов, возникающие изза различия АЧХ фильтров 1 промежуточной частОты, подвергаются коррекции. Причем исполнительные элементысхемы коррекции входят в ту ее часть,35которая содержит ключ 11,умножитель 12, блок 14 памяти, счетчик 15адреса и блок 16 постоянной памяти.Для проведения коррекции амплитудночастотных искажений в спектре сигна Олов необходимо иметь информацию овиде и форме АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты. Такую информацию можно получить при вычислении спектрашумоВОГО СИГналакОтОРый формирует 4 гся генератором 7 шумового сигнала иподается на первые входы переключателей 8. Периодически основной режимработы устройства вычисления спектрасигналов превышается и входы фильт 50ров 1 промежуточной частоты с помощьюпереключателей 8 отключаются от входов 17 устройства и подключаются квыходу генератора 7 шумового сигнала.Шумовой сигнал, прошедший через55фильтры 1 промежуточной частоты, поочередно с выхода каждого фильтра 1промежуточной частоты с помощью коммутатора 2 подается на входы фазовых были записаны в него в предыдущем5 10 15 цикле вычисления мгновенных спектров шумового сигнала, и режима записи в блок 14 памяти вновь вычислейных усредненных амплитудных значений спектральных отсчетов шумового сигнала.Таким образом, после проведения многократного вычисления мгновенных спектров шумового сигнала в блоке 14 памяти записаны усредненные амплитудные значения отсчетов АЧХ фильтров 1промежуточной частоты.В основном режиме работы устройства входы фильтров 1 промежуточной частоты с помощью переключателей 8 отключаются от генератора 7 шумового сигнала и подключаются соответственно к входам 17 устройства. Входные сигналы, прошедшиечерез фильтры 1 промежуточной частоты, поочередно с выхода каждого фильтра 1 промежуточной частоты с помощью коммутатора 2 подаются на входы фазовых детекторов 3. После преобразования в фазовых детекторах 3, фильтрах 4 нижних частот и АЦП 5 обрабатываемые сигналы подаются на БПФ 6 для вычисления их спектров. Амплитудные значения спектральных отсчетов входных сигналов с помощью переключателя 9 подаются на первый вход умножителя 12 для умножения на корректирующие множители, которые представляют собой обратныевеличины 1/К от усредненных амплитудных значений отсчетов К АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты. Диапазон изменения корректирующих множителей и, следовательно, диапазон проводимой коррекции амплитуд спектральных отсчетов входных сигналов определяется разрядностью усредненных амплитудных значений отсчетов АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты, которая выбирается равной восьми разрядам. При этом устраняются возможные переполнения разрядной сетки после проведения умножения в умножителе 12 амплитудных значений спектральных отсчетов входных сигналов на корректирующие множителиПоэтому из шестнадцати разрядов усредненных амплитудных значений отсчетов АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты используются только восемь старших разрядов. Последовательности спектральных отсчетов, снимаемых с выхода БПФ 6, соответствует последовательность корректирующих множителей, значения которых получают благодаря поочередному считы 20 25 30 35 40 45 50 55 ванию из блока 14 памяти, при этом ключ 10 разомкнут и информация с выхода блока 14 памяти через замкнутый ключ 11 поступает на вход блока 16 постоянной памяти и преобразуется в нем в последовательность корректирующих множителей, которые поочередно поступают навторой вход умножителя 12.Таким образом, на выходе умножителя 12 получают последовательности спектральных отсчетов входных сигналов, которые скорректированы в соответствии с видом и формой АЧХ фильтров 1 промежуточной частоты. Скорректированные спектры сигналов поступают на выход 18 устройства для дальнейшей обработки. Формула изобретенияУстройство для вычисления спектра сигналов, содержащее три фильтра промежуточной частоты, коммутатор, два фазовых детектора, два фильтра нижних частот, два аналого-цифровых преобразователя и блок дискретного преобразования Фурье, причем выходы первого, второго и третьего фильтров промежуточной частоты подключены со-. ответственно к первому, второму -и третьему информационным входам коммутатора, выход которого подключен к входам первого и второго фазовых детекторов, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго аналого-циФровых преобразователей, выходы которых подключены к входам соответственно реальной и мнимой составляющих блока дискретного преобразования Фурье, а управляющий вход коммутатора является первымтактовым входом устройства, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, в него введены четыре переключателя, два ключа, сумматор, блок памяти, блок постоянной памяти, умножитель, счетчик адреса и генератор шумового сигнала, выход которого подключен к первым информационным входам первого, второго и третьего переключателей, выходы которых подключены к входам соответственно первого, второго и третьего фильтров промежуточной частоты, выход блока дискретного преобразования Фурье подСоставитель 10.ЛанцовРедактоР А.МаковскаЯ ТехРед М,Дидык Корректор М.Демчик Заказ 6364/42 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж. Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 5 13632 ключен к информационному входу четвертого переключателя, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому входу умножите 5 ля и первому входу сумматора, выход которого подключен к информационному входу блока памяти, выход которого подключен к информационным входам первого и второго ключей, выходы которых подключены соответственно к второму входу сумматора и адресному входу блока .постоянной памяти, выход которого подключен к второму входу умножителя выход которого яв ,15 44Бляется информационным выходом устройства, первым, вторым и третьим информационными входами которого являются вторые информационные входы соответственно первого, второго и третьего переключателей, управляющие входы которых соединены с управляющими входами четвертого переключателя, первого и второго ключей и являются входом задания режима устройства, адресный вход блока памяти подключен к информационному выходу счетчика адреса, счетный вход которого является вторым тактовым входом устройства.