Анализатор спектра

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111995011 Соеэ .СоветскихСецналистическихРеспублик(22) Заявлено 30 07,81 (21)3342627/18-21 РМ К з 6 01 К 23/16 сприсоединением заявки ИоГосударственный комитет СССР ио дедам изобретений и открытий(72) Авторыизобретения В.И. Черняев и Ю,В. Редькин Новороссийское высшее инженерное морское. училище(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидролокации и технике связи.Известны анализаторы спектра, содержащие два квадратурных канала измерения, Формирователь опорных импульсов, сумматор, Фильтр и детектор 11.Однако точность измерения им недостаточна,Наиболее близким к изобретениютехническим решением является анализатор, содержащий входной Фильтр, аттенюатор, переключатель, преобразователь, блок управления и реверсив.ные счетчики 21,Недостатком известного анализатора является ограниченная точность измерения амплитуды и Фазы спектральных составляющих.Цель изобретения - повышение точности измерения,Цель достигается тем, что анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные Фильтр нижних час-тот, аттенюатор, электронный перек"лючатель и преобразователь напряжения в число импульсов, а также двареверсинных счетчика квадратурныхканалов, два индикатора и блок управления, причем Фильтр нижних частот подключен к электронному пере- .ключателю непосредственно и черезаттенюатор, счетные входы реверсивных счетчиков квадратурных каналовсоединены между собой и с выходомпреобразователя, а блок управлениясвязан с управляющими входами элек"тронного переключателя, преобразова,теля напряжения в число импульсов иреверсивного счетчика квадратурныхканалов, введены дополнительно дварегистра квадратурных составляющих,генератор Функций, два перемножителя, сумматор, блок сравнения, регистр амплмтудю, дешифратор, ревер"сивный счетчик канала фазы, индикатор фазы и индикатор амплитуды, причем выходы реверсивных счетчиковквадратурных каналов подсоединены ксигнальным входам соответствующихрегистров квадратурных составляющих,выходи которых подсоединены к индикаторам квадратурных составляющих ик первым входам соответствующих перемножителей, а к вторым входам перемножителей подсоединены соответствующие выходЫ генератора функций,выходы перемножителей соединены свходами сумматора, выход которогосоединен с первым входом блока сравнения и сигнальным входом регистра амплитуды, выход блока сравнения подключен к тактовому входу регистра амплитуды и к входу блока управления, выход регистра амплитуды подключен 5 к второму входу блока сравнения и индикатору амплитуды, выходы знаковых разрядов регистров квадратурных со- ставляющих подключены к входам дешифратора, выход которого подключен к 10 входу реверсивного счетчика канала связи, соединенного с индикатором фазы, при этом управляющие входы регистров. квадратурных составляющих, генератора функций, блока сравнения, дешифратора и реверсивного счетчика канала Фазы связаны с выходом блока управления.На чертеже представлена структурная схема анализатора спектра.Анализатор спектра содержит фильтр 1 нижних частот, аттенюатор 2, электронный переключатель. 3, преобразователь 4 напряжения в число импульсов, реверсивные счетчики 5 и б квадратурных каналов, регистры 7 и 8 квадратур- ных составляющих, индикаторы 9 и 10, перемножители 11 и 12, генератор 13 Функций, сумматор 14, блок 15 сравнения, регистр 16 амплитуды, блок 17 управления, индикатор 18 амплитуд, дешифратор 19, реверсивный счетчик 20 канала фазы и индикатор 21 Фазы. Принцип работы анализатора спектра основан на разбиении всего цикла 35 анализа спектра сигнала на две части: цикл измерения и усреднения квадратур-, ных составляющих и цикл выиислвния амплитуды и фазы спектральной составляющей. Для обеспечения работы 49 анализатора в реальном масштабе времени оба этих цикла выполняются.одновременно. Во время очередного цикла измерения и усреднения квадратурных составляющих параллельно вычисля- ются амплитуда и Фаза спектральной составляющей по результатам анализа квадратурных составляющих, полученным в предыдущем цикле измерения и усреднения квадратурных составляющих. Измерение квадратурных составляющих спектра осуществляется по методу преобразования фурье, причем непрерывные опорные синусные и косинусные колебания заменяются кусочно-постоянными на двоично-рациональных отрезках их периода, Гармонический спектр таких периодических кусочно-постоянных колебаний с двумя уровнями квантования (относительной величиной 1 и -)2) не содержит четных гармоники 6 О ряда нечетных гармоник. 7-ая и 9-ая гармоники спектра по величине не превышают нескольких процентов от ампли" туды первой гармоники. Четырехуровневая аппроксимация позволяет умень шить относительный уровень нечетных гармоник до долей процента. Перемножение в квадратурных каналах осуществляется реверсивными счетчиками путем поочередного суммирования и вычитания числоимпульсных кодовых групп,пропорциональных, взвешенным значениям напряжения сигнала.Усреднение квадратурных составляющих осуществляется путем накопления в реверсивных счетчиках результатов Измерения квадратурных составляющих. Амплитуда спектральной составляющей определяется путем умножения измеренных амплитуд(модулей)квадратурных составляющих спектра на вспомогательныесинусное и косинусное колебания(длительностъю в четверть периода произвольной фиксированной частоты и с тактовым приращением Фазы), суммирования результатов умножения и нахождения максимального значения суммы.Фаза спектральной составляющей определяется одновременно с ее амплитудой по временному положению упомянутой выше суммы, с учетом знаков квадратурных составляющих. Изложенный принцип работы анализатора реализуется следующим образом.Для уменьшения влияния нескомпен-сированных нечетных гармоник в спектре кусочно-постоянных опорных колебаний, эти гармоники подавляются в спектре входного сигнала фильтром 1 нижних частот. Аттенюатор 2 обеспечивает ослабление сигнала на Фиксированных уровнях, число которых определяется числом уровней квантования опорных колебани. Переключатель 3 поочередно и с повышенной частотой дискретизации подает полное и ослабленноеаттенюатором 2 напряжение входного сигнала на вход преобразователя 4 напряжения в число импульсов. Импульсы с выхода преобразователя 4 суммируются и вычитаются в соответствующие промежутки времени в реверсивных счетчиках 5 и б квадратурных. каналов, При этом содержимое реверсивных счетчиков 5 и б соответствует значениям синусной и косинусной составляющих гармонического спектра для анализируемой частоты. Блок 17 управления приводит в действие преобразователь 4, реверсивные счетчики 5 и б, переключатель 3 и после повторения цикла измерения и усреднения квадратурных составляющих подготавливает анализатор спектра к выполнению цикла вычисления амплитуды и Фазы спектральной составляющей, для чего осуществляет перезапись содержимого реверсивных счетчиков 5 и б в регистры 7 и 8 квадратурных составляющих,По результатам анализа знаковых оазрядов регистров 7 и 8 дешифратором 19 блок 17 управления устанавливает режим работы (сложение и вычи-.тание) реверсивного счетчика 20 канала Фазы и записывает в него число, соответствующее начальному значению фазы (0,180 или 360 градусов),обнуляет регистр 16 амплитуды и включает генератор 13 Функций,Перемножение модулей (амплитуд)измеренных квадратурных составляющих спектра на соответствующие имвспомогательные опорные функции, вы"рабатываемые генератором 13, осуществляется перемножителями 11 и 12,результаты перемножения суммируютсясумматором 14. Блок 15 сравнениясравнивает содержимое регистра 16.амплитуды и результат суммирования,Если число, записанное в регистре16, меньше результата суммированияили равно ему, навыход блока 15сравнения пропускается тактовый импульс блока 17 управления.Если результат суммирования меньше числа, записанного в регистр 16,вычисление амплитуды и фазы спектральной составляющей по ее квадратурнымсоставляющим прекращается до получения результатов следующего цикла из"мерения и усреднения квадратурныхсоставляющих и информация на индикаторах 18 и 21 соответствует амплитуде и фазе спектральной составляющей.Таким образом, за .счет цикличности работы устройства обеспечиваетсяизмерение с повышенной точностью амплитуды и фазы спектра наряду с егоквадратурными составляющими в реальном масштабе времени.Формула изобретенияАнализатор спектра, содержащий последовательно соединенные Фильтр нижних частот, аттенюатор, электронный переключатель и преобразователь напряжения в число импульсов, а также два реверсивных счетчика квадратурных каналов, два индикатора и блок управления, причем фильтр нижних частот подключен к электронномупереключателю непосредственно и через аттенюатор, счетные входы реверсивных счетчиков квадратурных каналовсоединены между собой и с выходомпреобразователя, а блок управлениясвязан с управляющими входами электронного переключателя, преобразователя напряжения в число импульсов иреверсивного счетчика квадратурныхканалов, отлич ающий с ятем,что, с целью повышения точности из 10 мерения, в него введены два регистраквадратурных составляющих; генераторфункций, два . перемножителя, сумматор,блок сравнения, регистр амплитуды, дешифратор, реверсивный счетчик канала15 фазы, индикатор Фазы и индикатор амплитуды, причем выходы реверсивныхсчетчиков квадратурных каналов под.соединены к сигнальным входам соответствующих регистров квадратурныхсоставляющих, выходы которых подсоединены к индикаторам квадратурныхсоставляющих и к первым входам соответствующих перемножителей, а к вторым входам перемножителей подсоеди 25 нены соответствующие выходы генератора функций, выходы перемножителей соединены с входами сумматора, выходкоторого соединен с первым входомблока сравнения и сигнальным входомЗ 0 регистра амплитуды, выход блока сравнения подключен к тактовому входу регистра аМплитуды и входу блока управления, выход регистра амплитудыподключен к второму входу блока сравнения и индикатору амплитуды выходызнаковых разрядов регистров квадратурных составляющих подключены квходам дешифратора, выход которогоподключен квходу реверсивного счетчика канала Фазы, соедийенного с индикатором Фазы, при этом управляющие входы регистров квадратурных составляющих, генератора функций, бло,ка сравнения, дешифратора и реверсив- ного счетчика канала Фазы связаны с45 выходом блока управления,ь Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 499537, кл. 6 01 К 23/16, 1976.50 2. Авторское свидетельство СССРР 610026, кл, б 01 В 23/16, 1978.995011 рлов Составител Техред А. Б Корректор А. Фере Редактор Н. Джуган н аказ 633/30 илиал ППП Патент, г, ужгород, ул. Проектная,Тираж 708 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 3035, Москва, Ж, Раушска