Анализатор частотного спектра сигнала

пц 744358 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических1 К 23/ Государственный квинте Бюччстспь д 4 53) УДК публиковацо 30.06(71) Заявит 54) АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА СИГНАЛ Изобретение относится к области радиоизмерительной техиики и может быть использовано при создании систем обцаружеция и анализа радиосигналов,Известно устройство для реализации алгорптма оыстрого преобразования Фурье,которое содержит преобразователь цапряжсппе - код, блок памяти, арифметическийблок и управляющий блок, включающийсчетчик п дсшпфратор адресов. 10Известное устройство реализует алгоритмбыстрого прсобразовация Фурье для вычисления коэффициентов Фурье, определяющих амплитуду гармоцических составляющих сигнала, В этом устройстве ацализируемый сигнал проходит через преобразователь пдпряжеция - код и в цифровом видезаписывается в блок памяти в течецпе цикла анализа, Затем из блока памяти зцаче-.цпя входного сигнала поступают в арифметический блок, где производится их умножение ца синусоидальные коэффицпецты,записанные заранее в блоке памяти, исложецпе произведений в соответствии салгоритмом быстрого преобразования Фурье (БПФ). Полученные при этом коэффициенты Фурье соответствуют амплитудамгармоцических составляющих сигнала цачастотах, следующих с шагом, обратно пропорциоцальпым длительности цикла ацалп зд, п цачпцающпхся с нулевого значения, Ширина полосы частот, в которой производится анализ спектра такими устройствами, жестко связдцд с параметрами алгоритма БПФ (количество вь 1 числясмых коэфф 11- цпсптов) п длительностью цикла анализа, и каждый вычисленный коэффициент Фурье соответствует уровню сигцала, который сформировался бы па выходе узкополосцого фильтра, ширинд полосы пропускацпя которого обратцо пропорциональна длптсльцостп цикла дцдлпзд. Таким образом, это устройство позволяет проводить дцализ спектра входного сигидлд 1).Недостатком этого устройстьд является низкая точность измерсция,Извсстец также дцалцзатор спектра одновременного действия, который содержит гребенку узкополосцых ацалоговых фильтров, входы которы сосдицсиы с лпцейцым перемцожителем входцого спгцала ца сигнал генератора вссовой фуцкции, а выходы - с гасящими шуцтдми.В этом ацдлпздторе спектра в течение цикла анализа входной спгцал умножается на весовую функцию, и поступает ца узкополосцые ацалоговыс фильтры, выделяющие определенные гармоцикп, а в конце цш ла колебания сш цала в полосовых фильтрах гасятся шунтами, что позволяст управ.лять формой частотной характеристики полосовых фильтров 21,Недостатком данного анализатора спектра является также низкая точность измерения.Целью изобретения является расшпрешс диапазона точности измерения анализируемых частот путем изменения дискретности деления диапазона анализируемых частот.Указанная цель достигается за счет того, что анализатор частотного спектра сигнала, содер 5 кащий гребенку цифровых фильтров, связанных с блоком управления, последовательно соединенные гетсрод 5 ш смсситсль, широкоиолосиыи (РисВтр, ирсобрязовтель напряжение - код и задающий гсисртор, иодключешьш ко второму Входу ирсобразователя напря 5 кеиис - код, с;5 абжеи сш- тезатором частот следования импульсов, иитерполятором и коммутатором, первый Вход которого подключен к выходу блока управления, второй вход к выходу синтезтора, а выход - ко входам грсбсики цифроьых ф и Ьров Втор ыс входы :,Оторыхчены к выходу шперполятора, своими входами соедииснио о с Выходом преобразователя напряжение - код, с Выходом генератора и со входом синтезатора.Структурная схема анализатора 5 стот- НОГО СИСКТ 1)2 СИ На;5 ИЗООРс 3 ЖСпс И 5 5 СР. теже,Лнализато 15 частотного спектра сш и,.; содержит смеситсль 1, исрвыи вход ко оро 5 В,5 СТОЯ С ИЧсЛ ЬИЫМ, с ВТОРОЙ ИОДК. О. сци к ;Ыходу гстсродии 2. Выход сх 5 ссисл 5 1 через широкоио.Осы фильт 3 3 св 55- зан с преобразователем 4 иапря 5(Снис -: ) иравляОщсму Входу которого идключсн низкочас 5 отиьш Выход за;.ающс 5 о генератора 5. Выход иреобразовател 4 иаиря 5 кение - код соединен с шггериолятором 6, к управляющему входу которого подключен высокочастотный выход задающего генератора 5. Выход интсрполятора 6 подключен к гребенке цифровых корреляционных фильтров 7, а высокочастотный выход задающего генератора 5 - ко входу цифрового синтезатора 8 частот следования импульсов, выходы которого через коммутатор 9, иодк,почеиный уирвляюшпм входом к блоку 10 управления, связаны соответственно с управляющими входами цифровых корреляционных фильтров 7, входы сброса которых соединены с выходом блока 10 управления, а выходы явгяются выходами системы анализа частотного спектра сигнала.Принцип работы системы зключсСя з слсдующем.Входио сиГПЯЛ иодсся ис смесис,ь 1, с ВТОРОЙ ВХОД КОТОРОГО ИОДС.5 Сп Ис,гетсродина 2. С вьхода смесигсля сиги, поступает на широкополосный фдыр 3.1 етсродии 2 настроен итс(ую частотукоторя совмещает иализирусмую полосу О ГЯ 20 2 3. 35 40 45з й н частот входного сигнала с полосой пропуасания широкополосного фильтра 3, Ан- лизируемый сигнал с ьыхода шг 5 рокоиолосного фильтра 3 пос 5 упает иа преобразователь 4 напряжение - код, где под ВоздейНИЗ 5(ос 52 СТОТНЬ 5 Х ИМПУЛЬСОВ ЗЯДЯО- щего генератора 5 преобразуется в цифровой вид. В связи с тем, что преобразователь 4 папряжеш 5 С - код может работать лишь С ОТНОСИТСЛЬНО ИИЗ(Ой ЧсСТОТОй ПОРЯДКс 100 КГЦ), я для работы гребсш(и цифровых корреляционных фильтров 7 требуются значения апа;шзирусмого сигнала, следующие со зиа исельпо более Высокой частотой, то сип(ал с Выходиреобразоватсл 5 4 ияиряжсиис - код поступает иа вход грсОснки цифРОВых кОРРес 555 циоииых фигьт 150 В 7 через интерполятор 6, который иод воздействием высокочастотных импульсов задаюшсго гсиера 5 ора 5 Вырабатывает промежуточные зиа спия анализируемого сигнала, следующие с этой частотои.Одновременно высокочастот 5 ыс импульсы с задающего геперагора 5 поступают иа цифровой. синтезатор 8 частот следования импульсов, где путем деления частоты следования импульсов задяющсго генератор 5 иа разлчныс оэффицисГгы деления синтезируются последовательности импульсов различной чстоты следования иа разеИс- ш: х выходах, Полученные чстоты слсдов;- И 5 ИМПУЛЬСОВ ОИ 13 СДС 55 И(Г 5 сСТОТЯ И строики цифровых к 0151)сг 5 И 1 Оииых фил 1- 150 В /(О Орьс срез комтс 1015 9 ИОдклюЮ С . К ВыходсМ СПИТСЯ Ора 8 СВОИ;УИРсВЛ 5 ИОПИ,"5 И ВХОДс:5 И, С ПОМОЩЬЮ ОЛОКс 10 управ,сипя В коммута" орс 9 можно производить иереклочсиис цифровых корреляционных фи,5 ьт 150 ь 7 ис р сзгИсп 5 ыс Выходы синтезпо 5 с 8 в зависимости от тРсбУсмой частоты настройки.Цифровыс корреляционные фильтры 7 содержат дьа квадрятуриых канала, в которых входной сигнал умножается иа знак синуса и косинуса опорной частоты. Умножение на знак синуса сводится к умножению входного сигнала на +1 и - 1 поочередно в соствстствии с частотой настройки коррсляцио 5 шого фильтра, а умножение иа ЗИЯК КОСИИУС 2 сис;50 ИЧИО УМИОЖЕИИЮ Иа знак сш 5 уса, но смена знаков сдвинута и четверть периода, соответствующего частоте настройки корреляционного фильтра,Наиболее простым способом использования последовательности управляющих импульсов для работы квадратурпых каналов является следующий. В момент прихода первого импульса входной сигнал умножаСТС 5 Ис -- 1 И ПОСТуиСТ В С 1)ВЫ 5 КВЯД 1)с 1- У 1 ИЫ Ксис 5 Л, В МОМСИ ИРИХОДс ВТОРОГО ИМПУЛЬСс ВХОДНОЙ СИ 5 с. УМИОЖЯСТС 5 Иа в ;-1 и поступает во второи квадратуриый каил, В момент прихода третьего импульса Входной СИИа; уМПОЖсЕТС 5 Ис - 1 И ПОСТ - наст В первый квадратуриый кнаг, В мо 744358мент прихода четвертого импульса входной сигнал умножается на - 1 и поступает во второй квадратурный канал и далее порядок действий повторяется. Таким образом, частота настройки цифрового корреляционного фильтра 7 в четыре раза ниже частоты следования управляющих импульсов, поданных на его управляющий вход. После умножения на знак синуса пли косинуса сигнал в каждом квадратурном канале интегрируется в течение времени между двумя импульсами сброса, поступающими на специальные входы установки нуля цифровых корреляционных фильтров 7 от блока 10 управления, Объединение результатов интегрирования двух квадратурных каналов, например, путем вычисления квадратного корня из суммы квадратов, дает соответствующую гармоническую составляющую анализируемого сигнала.Частотная характеристика корреляционных фильтров, как известно, имеет узкую полосу пропускания, ширина которой обратно пропорциональна времени интегрирования. Изменяя время интегрирования с помощью импульсов сброса блока 10 управления, можно получить любую требуемую ширину полосы пропускания, Следует отметить, что умножение на знаки синуса и косинуса опорной частоты вместо самих синусов и косинусов приводит к появлению дополнительных полос пропускания в частотной характеристике фильтра, соответствующих опорной частоте, умноженной на 3, 5, 7 и т. д. Однако, широкополосный фильтр 3 ограничивает полосу частот входного сигнала сверху и приводит к отсутствию всяких сигналов на частотах, соответствующих дополнительным полосам пропускания корреляционного фильтра. В то же время умножение на знаки синуса и косинуса позволяет существенно упростить схему синтезатора 8 частот следования импульсов по сравнению с известными синтезаторами частот гармонических колебаний,5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 Положительный эффект предложенного технического решения заключается в следующем, Путем переключения в коммутаторе 9 управляющих входов цифровых корреляционных фильтров 7 на различные выходы синтезатора 8 частот следования импульсов можно создать различные гребенки анализируюш,их фильтров в соответствии с конкретными условиями измерения спектра. Изменяя время между импульсами сброса, поступающими пз блока 10 управления на входы сброса фильтров 7, можно изменять ширину полосы пропускания анализирующих фильтров, адаптируя ее к условиям измерения спектра. Формула изобретения Лнализатор частотного спектра сигнала, содержащий гребенку цифровых фильтров, связанных с блоком управления, последовательно соединенные гетеродпн, смеситель, широкополосный фильтр, преобразователь напряжение - код и задающий генератор, подключенный ко второму входу преобразователя напряжение - код, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен синтезатором частот следования импульсов, интерполятором и коммутатором, первый вход которого подключен к выходу блока управления, второй вход - к выходу синтезатора, а выход - ко входам гребенки цифровых фильтров, вторые входы которых подключены к выходу интерполятора, своими входами соединенного с выходом преобразователя напряжение - код, с выходом генератора и со входом синтезатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Л% 480079, б 06 Г 15134, 1972.2. Лвторское свидетельство СССР Мо 449312, б 01 К 23/1 б, 1972.744358 Составитель А. Орлов Корректор Л, Орлова Техред В, Серякова Редактор Л, Гольдина Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 770/17 Изд. Кв 316 Тираж 1033 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4,5