Способ анализа спектра сигналов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК ИВ (И 1 ЯО.Г., Харченкоктра сигналовАвтометрия,Р.,Р. Мето в оеаль 1967,ы анализа сп ном времени. ф 6, с, 20-21 ПЕКТРА СИГНАЛОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ сится к цифровой технике. Цель ие частотной изльного анализа. преобразованиинного в резульфу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ АНАЛИЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО (57) Изобретение отн электроизмерительной изобретения - повыше бирательности спектр Способ заключается врье-сигнала, получ 2тате взвешенного когерентного накопления анализируемого сигнала. Взвешивание выполняется с помощью спектрального окна, полученного модификациейокна, применяемого в обычном спектральном анализе. Устройство для анализа спектра содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, регистры 2 и 6, вычитатель 3, умножитель 4,сумматор 5, генератор 7 тактовых импульсов, счетчики 8 - 11, блок 12постоянной памяти, коммутатор 13, оперативное запоминающее устройство 14,формирователь 15 импульса, блок 16синхронизации, вычислитель 17, Предагаемый способ спектрального анализа обеспечивает более высокую час- фтотную избирательность, что подтверждается сравнением коэффициентов передачи с(й) и модуля АЧХ, Анализатор Сспектра позволяет проводить анализспектра в более широкой. полосе частот и с более высоким спектральнымразрешением. 2 с.п. ф-лы, 1 ил,Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике и можетбыть использовано для спектральногоанализа периодических и квазипериодических сигналов на фоне случайных шу 5мов,Цель изобретения - повышение частотной избирательности спектральногоанализа.10Предлагаемый способ спектральногоанализа состоит в накоплении М отсчетов дискретизированного во времени синтервалом.Ли оцифрованного АЦПсигнала. Каждый такой отсчет образуется как сумма отсчета, полученного напредыдущем цикле. накопления, с разностью этого отсчета и полученного кмоменту накопления отсчета входногосигнала, причем разность умножается20на масштабирующий коэффициент и. взвешивается с помощью спектрального окна,Спектральное окно представляет собой,периодическую функцию с периодом Ид,зависящую от двух переменных - номера 25этапа накопления и номера накапливаемого отсчета. Кпя получения спектрасигнала накопленные отсчеты необходи,мо преобразовать в частотную областьс помощью ДПФ, Операцию накопления30можно представить в виде уравненияУ(п,О) = у(п, 6 )+1/М 8(п,6)х(Ип++ 8) -у(п,8) ),где у(п, В) - накапливаемый сигнал;и - номер этапа накопления,и О 1 с6 - номер накапливаемого от 40счета, 8 = 0,1, ,И;8(п,9) - функция спектральногоокна;1/М - масштабирующий коэффициент (М1);х() - отсчет входного сигнала.Способ спектрального анализа заклю. чается в преобразовании Фурье-.сигнала, полученного в результате взвешенного когерентного накопления анализируемого сигнала. Причем применяемое взве 50 шивание выполняется с помощью спектрального окна, полученного модификацией окна, применяемого в обычномспектральном анализе. Можно предложить следующее уравнение преобразования спектральных окон для осуществления предлагаемого способа8(8) - С.д (п+ 9 ) шой Щ, (2) где С - нормирующий множитель,На чертеже приведена функциональная схема устройства для анализаспектраУстройство содержит АЦП 1, первыйрегистр 2, вычитатель 3, умножитель4, сумматор 5, второй регистр 6, генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ), первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 счетчики соответственно, блок12 постоянной памятикоммутатор 13,оперативное запоминающее устройство13, формирователь 15 импульса, блок16 синхронизации, вычислитель 17,причем информационный вход анализатора спектра подключен к входу АЦП 1,вход синхронизации анализатора спектра подключен к входу ГТИ, выход которого соединен с синхронизирующимивходами АЦП, первого регистра и блокасинхронизации, первый выход которогосоединен с входом установки первогосчетчика, входом управления второгосчетчика и входом начальной установкитретьего счетчика, входом управлениячетвертого счетчика, выход АЦП черезрегистр 2 соединен с входом вычитателя, выход которого соединен с первымвходом умножителя, второй вход которого соединен с выходом блока постоянной памяти, адресный вход которого соединен с выходом счетчика 11, информационный вход которого соединен с выходом счетчика 8, синхронизирующий входкоторого соединен с выходом переносавторого счетчика и синхронизирующимвходом формирователя импульса, выходкоторого соединен с входом установкичетвертого счетчика, выходы соответственно второго и третьего счетчиковсоединены с первым и вторым входамикоммутатора, выход которого соединенс адресным входом блока оперативнойпамяти (ОЗУ), выход которого. соединенс вторыми входами вычитателя и сумматора, входом вычислителя, второй входкоторого соединен с вторым выходомблока 16 и с синхронизирующим входомтретьего счетчика, выход переноса которого соединен с первым входом блокасинхронизации, второй вход которогосоединен с первым выходом вычислителя,второй выход которого является выходоманализатора спектра, выход умножителя соединен с первым входом сумматора,выход которого соединен с входом второго регистра, выход которого соединен с входом блока памяти, вход упПри необходимости чтения накопленных в блоке 14 памяти данных вычислитель устанавливает сигнал запроса блоку 16 синхронизации, последний переключает в цепь адреса блока 14 памяти счетчик 10 с помощью коммутатора 13, по этому адресу осуществляется чтение ячейки памяти и блок 6 синхронизации стробирует запись отсчета в вычислитель 17, по заднему фронФу этого импульса счетчик 10 увеличивает свое состояние на 1, по следующему, запросу вычислитель 17 будет выполнять чтение следующего отсчета. После чтения И отсчетов на выходе переноса счетчика 10 появляется активный уровень сигнала, который посредством блока 16 синхронизации передается вычислителю 17 как признак готовности данных.Вычисление спектральных характеристик в вычислителе 17 и когерентное накопление могут выполняться параллельно и асинхронно при следующих условиях: анализируемый сигнал включает стационарные когерентные составляющие, число накопления и число И в (1) дос-, таточно большое. Тогда в результате длительного накопления х(пИ+В)ч(п+6) и, следовательно, у(п, О) ы х х(пМ+ 9 )Благодаря высокой частотной избирательности анализатора спектра некогерентные шумь носят незначительное отклонение в любой произвольньп момент (меньше 1/М), тогда в памяти 14 будет присутствовать медленно изменяющийся процесс, постоянная времени, которого определяется избирательностью анализатора спектра.Предлагаемый способ спектрального анализа обеспечивает более высокую по сравнению с известным частотную избирательность, что подтверждается сравнением коэффициентов передачи К(Г) и модуля АЧХ предлагаемого способа, Кроме того, предлагаемый способ анализа спектра позволяет анализировать параллельно 11/2 отсчетов спектра и обеспе- чивает подавление шумов.Предлагаемый анализатор спектра позволяет проводить анализ спектра в более широкой полосе частот и с более высоким спектральным разрешением по сравнению с известным анализатором-усреднителем. Фо рмула изобретения1, Способ анализа спектра сигналов, состоящий в когерентном накоплении 5 157343 авления которого объединен с входом инхронизации регистра 6 и соединен с первым выходом блока синхронизации,Устройство работает следующим образом.Все счетчики 8- 11 осуществляютсчет по модулю И, если И=2 , то, следовательно, каждый из счетчиков должен иметь по Р разрядов. Если же И ( 2 , то в составе каждого из счетчиков должен быть компаратор И, формирующий сигнал переноса. С помощью М определяется число анализируемых частот КГ , где К = 0,1. И/2-1, Е =й /И, где Г - частота дискретизации. Импульсы с частотой Г поступают на вход ГТИ, ГТИ генерирует два импульса, по .первому из них отсчет с выхода АЦП записывается в регистр 2, 20 по второму осуществляется запуск следующего, цикла осцифровки АЦП сигнала на его входе. Синхронно с записью отсчета сигнала в регистр 2 блок 16синхронизации формирует сигнал чте ния оперативной памяти, на его выходе устанавливается полученный на предыдущем цикле накапливаемый отсчету(п,6), значение которого вычитается из входного отсчета. в регистре 2 30 вычитателем 3 и полученная разница умножается умножителем 4 на весовой коэффициент, который установлен на выходе блока 12 постоянной памяти.Полученное произведение складывается сумматором 5 с у(п,0) и сумма, как у(п,6), записывается в регистр 6, а затемв блок 14 памяти на место у(п- -1,6). После этого счетчики 9 и 11 увеличивают свое состояние на 1, код в счетчика 9 становится равным 9 +1, а счетчики 11 (и+9+1) шо 1 И. По следующему такту Г аналогичные операации выполняются для у(п., 6+1)После выполнения И операций на вы ходе переноса счетчика 9 появляется активный уровень сигнала, а сам счетчик 9 обнуляется, По фронту этого сигнала счет ик 8 увеличивает свое сос-, тояние на 1, а формирователь 15 гене рирует импульс, который перезаписывает состояние советчика 8 в счетчик 11, следующий цикл счета счетчик 11 начинает с этого значения. Таким образом осуществляется чтение постоянной памяти 12 по адресу (и+8)той И. Вычита- тель 17 предназначен для выполнения ДПФ (или ВПФ), а.также для вычисления требуемых спектральных характеристик.157343 Составитель Е, Губанов Техред Л,Сердюкова Корректор С. Черни Редактор Н. Яцола Заказ 1642 Тираж 559 Подписное БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 сигнала посредством суммирования его с результатом, полученным ранее в результате аналогичного накопления, с интервалом времени , о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения частотной избирательности, производят дискретизацию входного сигнала с периодом Т, каждый из Ы накопленного отсчетов образуется как сумма отсчета, полученного на предыдущем цикле накопления с интервалом времениИТ, с разностью этого отсчета и полученного к моменту накопления отсчета входного сигнала, данную разность умножают на весовую функцию, накопленные таким образом отсч ты преобразуются с помощью дискретного преобразования Фурье для получейия спектра сигнала.202, Устройство для анализа спектра сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, сумматор, четыре счетчика, блок памяти, умножитель и аналого-цифровой преобразователь, вход 25 которого является информационным входом анализатора спектра, вход синхронизации которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом управления 3 О аналого-цифрового преобразователя, выход первого счетчика соединен с информационным вхоцом четвертого счетчика а его вход синхронизации соединен с выходом переноса второго счетчи 35 ка, выход умножителя соединен с первьм входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения частотной из б бпрательности, введены первый и второй регистры, вычитатель, блок посто 2 8янной памяти, коммутатор, формирователь импульса, вычислитель и блок синхронизации, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с синхронизирующимвходом первого регистра, вход которого соединен с выходом, аналого-цифрового преобразователя, выход соединенс первым входом вычитателя, выход которого соединен с первым входом умножителя, второй вход которого соединенс выходом блока постоянной памяти,адресный вход которого соединен с выходом четвертого счетчика, вход установки которого соединен с выходом формирователя импульса, вход которого соединен с выходом переноса второгосчетчика, выход которого соединен спервым входом коммутатора, второйвход которого соединен с выходом третьего счетчика, выход коммутаторасоединен с адресным входом блока памяти, выход которого соединен с вторым входом вычитателя, первым входомвычислителя, вход блока памяти соединен с выходом второго регистра, входкоторого соединен с выходом сумматора, вход синхронизации второго регист.ра, объединенный с входами управления первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, блока памяти и коммутатора, подключен к первому выходублока синхронизации, первый вход которого соединен с выходом переноса третьего счетчика, вход синхронизации которого соединен с вторым выходом блока синхронизации и вторым входом вычислителя, первый выход которого соединен с вторым входом блока синхронизации, а второй выход является выхо-,