Устройство для цифровой обработки сигналов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 10.10,77 (2) 2534762/18-09 (51) М. Кл. Союз Советских Социалистических РеслубликС 06 Г 7/20 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий. 96 08881 Дата опубликования описания 250780(71) Заявитель Харьковский авиационный институт 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВИзобретение относится к радиотехнике,Известно устройство для циФровойобработки сигналов, содержащее дваканала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, приэтом к первому и второму управляющимвходам первого канала преобразованиясигнала подключены выходы генераторасигналов дискретизации, а выходы кана лов преобразования сигнала соединеныс выходами соответствующих буФерныхрегистров, выходы которых подключенык входам блока вычисления дискретногопреобразования Фурье, выход которого 15через квадратор подключен к входу бу"ферного блока памяти, выходы которогосоединены с входами интерполятора иблока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному 20входу интерполятора 11,Однако известное устройство имеет невысокое быстродействие, связанное с необходимостью вычислять М энерге тических спектров колебаний, зарегистрированных в М каналах преобразования сигнала.Цель изобретения - повышение быстродействия. 30 Для этого в устройство для циФровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому и второму управляющим входам первого канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы каналов преобразования сигналов соединены с входами соответствующих буФерных регистров, выходы которых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор подключен к входу буФерного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному входу интерполятора, введены блок управления, два квадратурных гетеродина и дополнительный генератор сигналов дискретизации, выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам второго канала преобразования сигнала, причем третий и четвертый управляющие входы каналов преобразования сигнала соединены с выходами квадратурных гетеродинов, к управляющим входам которых подключены выходы блока управления, входкоторого соединен с выхоцом генератора.На чертеже изображена структурнаяэлектрическая схема предложенногоустройства,Устройство содержит два канала 1в Я преобразования сигнала, буферные)регистры 3, 4, квадратурные гетеродины 5, б, генераторы 7 и 8 сигналовдискретизации, блок управления 9,блок 10 вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратор 11, буферный блок памяти 12, интерполятор13 и блок 14 обнаружения сигнала. Устройство работает следующим образом.На сигнальные входы обоих каналов 1 и 2 преобразования сигнала через сигнальный вход 15 поступает измерительный сигналО(й)юСоь(2 п(Гю с+Г с)+ц(1)Гс (Го Г Го+ Г)Гс( Гг афпив 1где 5 - амплитуда сигнала, Г - значение частоты сигнала, Г - значениепроизводной частоты сигнала в момент=0 интервала наблюдения1 (0,Т),а на первый и второй управляющие входы - сдвинутые друг относительно друга на Фазовый угол 3 с /2 - колебанияквадратурных гетеродинов 5 и б, В первый канал поступают сигналы с первого гетеродина 5, представляющие собой линейно-частотномодулированные(ЛЧМ) - колебания вида:О=51 п 2 Х ).(Го ) + Гувр 1Ог =С 02 ХГ(ГО -Г) + ГрС) Сг -т =е при с(О,Г).ЛЧМ - добавка гетеродинирующего колебания на 1-м этапе измерения примерно равна оценке ускорения на предыдущем интервале наблюдения, т.е.Г; Р= Г, . В первом канале 1 измерительный сигнал после гетеродинирования подвергается низкочастотной фильтрации, что позволяет сформировать набазе принятого сигнала низкочастотный аналитический сигнал, спектр которого сосредоточен в области Г 6(0,2 Г),при этом составляющие сигнала за счетускррения скомпенсированы ЛЧМ - составляющей гетеродинирующего колебания. Далее обе компоненты низкочастотного аналитического сигнала дискретизируются с постоянным шагомИ : 1/2, задаваемым генератором 7 сигналов дискретизации, и подвергаютсяаналогово-цифровому преобразованию.За интервал наблюдения Т в регистрепервого канала преобразования сигнала в цифровую форму накапливаетсяй=-1 дискретных отсчетов сигнала.Во втором канале измерительныйсигнал подвергается гетеродинированию колебаниями квадратурного гетеродина 6Ог=5 Г 02 Х (Го-Г+чпр )(3)О,=Соз 2 юг (Го -Е+ Гя) С,5 1 О 15 2 О 25 3 О 35 40 45 50 55 60 65 где Г представляет собой экстраполированное на основе оценок частоты и производной частоты на предыдущих этапах измерений значение частоты низкочастотного сигнала в момент г=0 интервала наблюдения.Затем осуществляется низкочастотная Фильтрация в диапазоне Ге(0,2 Г)выходных сигналов смесителей, чтопозволяет выделить комплексную огибающую сигнала, Обе компоненты огибающей дискретизируются в неравноотстоящие моменты времени, причеммомент взятия К-го отсчета задаетсягенератором 8 сигналов дискретизациисогласно правилу/с,= а, д, =Ы, =4 ФД, 1С помощью двух аналогово-цифровыхпреобразователей второго канала отсчеты огибающей преобразуются в цифровой код. За интервал наблюдения Тв регистре 4 второго канала накапливается Мф 1 Цдискретных отсчетовкомплексной огибающей сигнала,По окончании интервала наблюдения содержимое регистров обоих каналов переписывается в соответствующиебуферные регистры 3 и 4. Сразу же пос.ле этого начинается повторное заполнение регистров каналов новой информацией,Блок 10 вычисления дискретного преобразования Фурье по М-.(2 Г 1 дискретнымотсчетам низкочастотного аналитического сигнала из буферного регистра 3вычисляет 2 й отсчетов и его Фурьеспектр в диапазоне Г Е (0,2 Е) с шагомдГ= 1/2 т . Квадратор 11 путем нахождения квадратов модулей отсчетов Фурьеспектра формирует 2 М отсчетов энергетического спектра, которые помещаются затем в буферный блок памяти 12.Сразу же после этого блок 10 начинает обрабатывать отсчеты комплекснойогибающей измерительного сигнала избуферного регистра 4, трактуемые какравноотстоящие отсчеты низкочастотного аналитического сигнала, Дляобеспечения полной загрузки входногорегистра блоком 10 М отсчетов комплексной огибающей дополняются й-Мнулевыми отсчетами.Блок 14 обнаружения на основе анализа отсчетов энергетического спектра в буферном блоке памяти 12 Формирует грубую оценку частоты измерительного сигнала, которая затем с помощью интерполятора 13 уточняется.Сформированная оценка частоты 1;Мпоступает в блок управления 9.В освобождающийся буферный блокпамяти 12 загружаются отсчеты энергетического спектра нелинейно сжатого во времени по отношению к исходному сигналу по закону= 1 ко 2лебания, по которым с помощью блоков 14, 13 формируется оценка ускорения на-м интервале наблюдения, численно равная частоте сжато 750481Го колебания. Оценка 1;ф поступает в Илок управления 9.Елок управления 9 на основании хранящихся в его памяти данных об оценках частоты и производной частоты сигнала на нескольких предшест вующих интервалах измерений экстраполирует значение частоты сигнала и ее производной на момент начала очередного измерения и формирует соответствующие управляющие сигналы для гетеродинов 5 и 6.В самом простом случае производная частоты 1 не экстраполируется и численно принимается равной оценке производной частоты на предыдущем интервале наблюдения; значение частоты,ф, Ю линейно экстраполируется:Г; =ГфГ;, Т В установившемся режиме на первйе и вторые управляющие входы первого и второго каналов преобразования сигнала в цифровую форму подаются колебания, следящие соответственно за производной частотой и частотой сигнала, что позволяет полностью компенсировать мешающее воздействие неизмеряемых в данном канале параметров 25 сигнала.Измерение производной частоты может быть осуществлено по описанной выше методике, Пусть измерительный сигнал имеет, видФО(с) =е ( фс )(5) ЭО Выделяя комплексную огибающуюсЦ ( г ): 0 ( г ) - ,Г Л 1и осуществляя нелинейнсе сжатие ее во времени по закону с = 1 , где Т - новый временной масштаб, мы получаем аналитический сигнал частота которого однозначно соответствует производной частоты исходного измерительного сигнала. Для измерения частоты указанного сигнала, поло са частот которого численно равна (-Г,ц Г , применима стандартная методика измерения частоты аналитического сигнала,Таким образом, предлагаемое устройство, имеющее примерно в (,Ю 3 ) раз меньший по сравнению с прототипом аппаратурный объем, способно обеспечить измерение частоты сигнала и ее производной от одной цели с точностями, близкими к .потенциальным, Кроме того, предлагаемому устройству присуще существенно более высокое быстродействие, обусловленное необходимостью вычислять только два (вместо Мэнергетических спектра.Формула изобретенияУстройство для цифровой обработки сигналов, содержащее два канала преобразования сигнала, сигнальные входы которых объединены, при этом к первому и второму управляющим входам пер-1вого канала преобразования сигнала подключены выходы генератора сигналов дискретизации, а выходы каналов преобразования сигнала соединены с входами соответствующих буферных регистров, выходыкоторых подключены к входам блока вычисления дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор подключен к входу буферного блока памяти, выходы которого соединены с входами интерполятора и блока обнаружения сигнала, выход которого подключен к дополнительному входу интерполятора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены блок управления, два квадратурных гетеродина и дополнительный генератор сигналов дискретизации, выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам второго канала преобразования сигнала, при чем третий и четвертый управляющие .входы каналов преобразования сигнала соединены с выходами квадратурных гетеродинов, к управляющим входам которых подключены выходы блока управления, вход которого соединен с выходом интерполятора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка Р 2433528/09,кл. 6 06 Г 15/34, 1976 (прототип).Составитель Е. Погибедактор Н. Козлова тех ед я, Бирчак Подписно екто И. Муска Патент", гПроектная,4 лиал оро каз 4650/38 ЦНИИПИ Государст по делам иэоб 113035 Москва Ж