SU1308929A1 - Digital spectrum analyzer - Google Patents
Digital spectrum analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- SU1308929A1 SU1308929A1 SU863998035A SU3998035A SU1308929A1 SU 1308929 A1 SU1308929 A1 SU 1308929A1 SU 863998035 A SU863998035 A SU 863998035A SU 3998035 A SU3998035 A SU 3998035A SU 1308929 A1 SU1308929 A1 SU 1308929A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- bus
- buses
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл анализа спектров сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретени - повышение точности определени частот составл ющих спектра сигнала достигаетс путем совместной обработки фазовых спектров и вычислени отклонений частот составл ющих от соответствующих дискретных частот. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, блоки 2, 4 и 13 умножени , цифровой генератор 3 гармонических функций, сумматоры 5, 8 и 15, блоки 6, 7, 10 И 11 пам ти, блок 9 вычислени фаз, блок 12 задани коэффициента , блок 12 задани коэффициента , блок 14 вычитани , счетчики 16 И 19, дешифратор 17, тактовый генератор 18, элементы 20 и 21 задержки, элементы И 22 и 23. Устройство обеспечивает существенное повьшение выполн емых измерений по сравнению с прототипом. 2 ИЛ. S (Л &: О эо х to хThe invention relates to a measurement technique and can be used to analyze the spectra of signals in real time. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the frequencies of the components of the signal spectrum by jointly processing the phase spectra and calculating the deviations of the frequencies of the components from the corresponding discrete frequencies. The device contains analog-to-digital converter 1, multiplication blocks 2, 4 and 13, digital harmonic function generator 3, adders 5, 8 and 15, memory blocks 6, 7, 10, 11, phase calculation unit 9, coefficient setting unit 12, coefficient setting unit 12, subtraction unit 14, counters 16 And 19, decoder 17, clock generator 18, delay elements 20 and 21, And elements 22 and 23. The device provides a significant increase in the measurements performed compared to the prototype. 2 IL. S (L &: O eo x to x
Description
1130892911308929
Изобретение относитс к измери-. тельной технике и предназначено дл анализа спектров сигналов в реальном масштабе времени.This invention relates to measurable. technology and is designed to analyze the spectra of signals in real time.
Цель изобретени - повышение точности определени частот составл ющих спектра сигнала путем совместной обработки фазовых спектров соприкасаю- П1НХСЯ реализаций сигнала и вычислени The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the frequencies of the components of the signal spectrum by jointly processing the phase spectra of contiguous signal realizations and calculating
22
блоков 6 и 7 пам ти соответственно и с выходными шинами 25 и 26 устройства . Выходные шины сумматоров 5 и 8 соединены соответственно с информационными входами блоков 6 и 7 пам ти и первым и вторым входами блока 9 вычислени фаз,- выход которого соеди нен с информационной входной шиной блока 10 пам ти, выход последнего соblocks 6 and 7 of memory, respectively, and with output buses 25 and 26 of the device. The output buses of the adders 5 and 8 are connected respectively to the information inputs of the memory blocks 6 and 7 and the first and second inputs of the phase calculation block 9, the output of which is connected to the information input bus of the memory block 10, the output of the last
отклонений частот составл юш 1Х от со- fO единен с информационной входной шиответствуюших дискретных частот. , На фиг.1 приведена структурна схема цифрового анализатора спектра; на фиг.2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.frequency deviations of 1 × 1X from co fO are the same as the information input of the corresponding discrete frequencies. , Figure 1 shows a block diagram of a digital spectrum analyzer; 2 shows timing diagrams for his work.
Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь (АДП) 1, первый блок 2 умножени , цифровой генераторThe analyzer contains an analog-to-digital converter (ADP) 1, the first multiplying unit 2, a digital generator
3гармонических функций, второй .блок3harmonic functions, second .block
4умножени , первый сумматор 5, первый и второй блоки 6 и 7 пам ти, второй сумматор 8, блок 9 вычислени фаз, третий и четвертой блоки 10 и4 multiplications, the first adder 5, the first and second blocks 6 and 7 of the memory, the second adder 8, the block 9 calculating the phases, the third and fourth blocks 10 and
11 пам ти, блок 12 задани коэффициента 1/2П, третий блок 13 умножени , блок 14 вычитани , третий сумматор 15 первый счетчик 16, дешифратор 17, татовый генератор 18, второй счетчик 19, первый и второй элементы 20 и 21 :задержки, первый и второй элементы И 22 и 23. 11 memory, block 12 setting the 1 / 2P coefficient, third block 13 multiplying, block 14 subtracting, third adder 15 first counter 16, decoder 17, Tat generator 18, second counter 19, first and second elements 20 and 21: delays, first and the second elements are And 22 and 23.
Сигнальный вход АЦП 1 соединен с входной клеммой 24 устройства, так- товьй вход - с выходом второго счетчика 19 и входом первого счетчика 16 а выходна шина АЦП - с первыми входами блоков 2 и 4 умножени , вторые входы которых соединены с выходными шинами косинуса и синуса соответственно цифрового генератора 3 гармонических функций, информационный вход которого соединен с выходной шиной счетчика 16 и входной шиной дешифратора 17, первый выход (фиг,2в) которого соединен с входами разрешени считывани блоков 6 и 7 пам ти, а второй выход (фиг,2в) - с первыми входами элементов И 22 и 23. Выход тактового генератора 18 соединен с тактовым входом цифрового генератора 3 гармонических функций, входом элемента 20 задержки, вторым входом элемента И 23 и входом счетчика 19, выходна шина которого соединена с адресными входами блоков 6, 7, 10 и 11 пам ти и вторым входом сумматора 15, выходные шины блоков 2 и 4 умножени соединены с выходными шинамиThe signal input of the ADC 1 is connected to the input terminal 24 of the device, such as the input to the output of the second counter 19 and the input of the first counter 16 and the output bus of the ADC to the first inputs of blocks 2 and 4 multiplications, the second inputs of which are connected to the output cosine and sine buses respectively, a digital oscillator 3 of harmonic functions, the information input of which is connected to the output bus of the counter 16 and the input bus of the decoder 17, the first output (fig 2) of which is connected to the read enable inputs of memory blocks 6 and 7, and the second output (fig 2) - with lane the inputs of the elements And 22 and 23. The output of the clock generator 18 is connected to the clock input of the digital generator 3 harmonic functions, the input of the delay element 20, the second input of the element And 23 and the input of the counter 19, the output bus of which is connected to the address inputs of blocks 6, 7, 10 and 11 memories and a second input of the adder 15, the output buses of blocks 2 and 4 of the multiplication are connected to the output buses
22
блоков 6 и 7 пам ти соответственно и с выходными шинами 25 и 26 устройства . Выходные шины сумматоров 5 и 8 соединены соответственно с информационными входами блоков 6 и 7 пам ти и первым и вторым входами блока 9 вычислени фаз,- выход которого соединен с информационной входной шиной блока 10 пам ти, выход последнего соной блока 11 пам ти и шиной уменьшаемого блока 14 вычитани , шина вычитаемого которого соединена с выходом бл ока 1 1 пам ти, а выход -. с первым 5 входом блока 13 умножени , второй вход которого соединен с выходной, шиной блока 12 задани коэффициента 1/2П, Перва входна шина сумматора 15 соединена с выходом блока 13 умножени , а выходна шина - с выходом 27 анализатора. Выход элемента 20 задержки соединен с входами записи блоков 6 и 7 пам ти и через элемент 21 задержки с вторым входом элемента И 22, выход которого соединен со входом записи блока 10 пам ти. Выход элемента И 23 соединен с входом записи бло0blocks 6 and 7 of memory, respectively, and with output buses 25 and 26 of the device. The output buses of the adders 5 and 8 are connected respectively to the information inputs of the memory blocks 6 and 7 and the first and second inputs of the phase calculation block 9, the output of which is connected to the information input bus of the memory block 10, the output of the last sleep of the memory block 11 and the bus being reduced subtraction unit 14, the bus of which is readable is connected to the output of the 1 1 1 memory block, and the output is. The first 5 input of the multiplication unit 13, the second input of which is connected to the output, the bus of the 12 setting unit of the 1 / 2P coefficient, the first input bus of the adder 15 is connected to the output of the multiplication unit 13, and the output bus to the output 27 of the analyzer. The output of the delay element 20 is connected to the recording inputs of the memory blocks 6 and 7 and through the delay element 21 to the second input of the AND element 22, the output of which is connected to the recording input of the memory block 10. The output of the element And 23 is connected to the input of the record block
5five
00
00
ка 11 пам ти. Ika 11 memory. I
Анализатор работает следуюш 1м образом .The analyzer works in the following way.
Блоки известного устройства обеспечивают вычисление пар коэффициентов Фурье путем обработки реализации сигнала длительностью Тр, что соот- - ветствует разрешению по частоте uf 1/Тр, Вычислени выполн ютс последовательно в паузах между отсчетами сигнала и заканчиваютс до начала следующей реализации, что позвол ет получить спектры соприкасающихс реализаций сигнала в реальном масштабе времени , АЦП 1 преобразует сигнал в р д цифровых значений, формируемых по импульсам, поступающим со счетчика 19 (фиг,2а). При этом кажда реализаци представл етс N дискретными, отсчетами , N-й отсчет дл данной реализации вл етс нулевым дл следующей. Цифровой г енератор 3 за каждый период дискретизации последовательно формирует m пар значений гармонических функций дл всех дискретных частот. Пор док изменени значений гармонических функций при обработке каждого отсчета задаетс номером отсчета К, поступающим со счетчика 16. Каждое значение кода АЦП 1 последовательно умножаетс в блоках 2 и 4 на тп сопр 5The blocks of the known device provide the calculation of pairs of Fourier coefficients by processing the realization of a signal of duration Tp, which corresponds to a resolution of the frequency uf 1 / Tp. real-time signal implementations, ADC 1 converts the signal into a series of digital values generated from pulses from counter 19 (FIG. 2a). In this case, each implementation is represented by N discrete samples, the Nth sample for this implementation is zero for the next one. For each sampling period, the digital generator 3 sequentially generates m pairs of harmonic function values for all discrete frequencies. The order of changing the values of the harmonic functions during the processing of each sample is defined by the number of the reference K coming from counter 16. Each value of the code of the A / D converter 1 is sequentially multiplied in blocks 2 and 4 by mr matrices 5
00
5five
i-го эквивалентного фильтра. Разреша уравнение (2) относительно частоты составл ющей с учетом того, чтоi-th equivalent filter. Solving equation (2) with respect to the frequency of the component, given that
Ol Ol
1 one
uf, окончательно получаютuf, finally get
ьФ.ФF.
(i + :;-) &f. (5) (i +: ;-) & f. (five)
женных значений косинуса и синуса соответственно , а результаты поступают на сумматоры 5 и 8, где складываютс с числами, считываемыми с блоков 6 и 7 пам ти. По N-му отсчету формирует- с строб, длительность которого равна периоду дискретизации (фиг.26), который запрещает считывание информации. При этом на выходах блоков 6 и 7 формируютс нулевые коды, цепь обратной fO св зи разрываетс , и в блоки 6 и 7 пам ти производитс запись первых дл новой реализации произведений. На адресные входы этих блоков поступает номер дискретной частоты i, что обес- 15 печивает однозначное соответствие с генерируемыми блоком 3 гармоническими функци ми. По окончании строба обрат- Hbie св зи замь каютс , и в блоках пам ти формируютс действительный и 20 Формирует на втором выходе строб мнимый коэффициенты Фурье дл каждой (фиг.2в), разрешающий прохождение им- из m частот. Их вычисление завершаетс при обработке (N-l)-ro отсчета.cosine and sine values, respectively, and the results are fed to adders 5 and 8, where they are added to the numbers read from memory blocks 6 and 7. According to the N-th count, it forms with a strobe whose length is equal to the sampling period (Fig.26), which prohibits the reading of information. In this case, at the outputs of blocks 6 and 7, zero codes are formed, the feedback circuit fO is broken, and the first ones for the new realization of the works are recorded in blocks 6 and 7 of the memory. The address inputs of these blocks receive the number of the discrete frequency i, which ensures a one-to-one correspondence with the 3 harmonic functions generated by the block. At the end of the strobe, the feedback Hbie closes, and a valid one is formed in the memory blocks and forms the imaginary Fourier coefficients for each (Fig. 2b), allowing it to pass through m frequencies, at the second output strobe. Their calculation is completed by processing an (N-l) -ro count.
Учитыва , что значение -uf заранее задаетс и известно с большой точностью, аппаратурно достаточно определить безразмерную частоту i-й составл ющейTaking into account that the value of -uf is predefined and known with great accuracy, it is sufficient to determine the dimensionless frequency of the i-th component
Ф; 2 irF; 2 ir
р. R.
i + (6)i + (6)
Регистраци фаз составл ющих спектра в блоке 10 пам ти производитс в течение (N-l)-ro периода дискретизации . Дл этого дешифратор 17The recording of the phases of the spectral components in the memory unit 10 is performed during the (N-l) -ro sampling period. For this, the decoder 17
пульсов тактового генератора 18 на вход записи блока 10 пам ти. Аналогично в блоке 11 пам ти производитс pulses of the clock generator 18 to the write input of the memory block 10. Similarly, in block 11 of the memory is produced
Блок 9 вычислени фаз выдает результат при поступлении на его вход действительного и мнимого коэффициентов Фурье с выходов сумматоров 5 и 8. Фаза i-й составл ющей спектра определ етс выражением The phase calculation unit 9 produces the result when the real and imaginary Fourier coefficients arrive at its input from the outputs of adders 5 and 8. The phase of the i-th component of the spectrum is determined by the expression
(t) (Q; - COg, )-t , (1) (t) (Q; - COg,) -t, (1)
где CO; - углова частота i-й гармо .НИКИ; COj) - углова частота ближайшей,where is CO; - the angular frequency of the i-th harmonic. NIKI; COj) - the angular frequency nearest,
дискреты; начальна фаза i-й составл ющей .discretes; the initial phase of the i-th component.
Значени 9 (t) вьтисл ютс последовательно дл следующих друг за другом реализаций сигнала со сдвигом во времени Тр 1/uf. Поэтому разность фаз i-й составл ющей спектра дл соседних реализаций равна The values of 9 (t) are inserted sequentially for successive implementations of the signal with a time shift Tp 1 / uf. Therefore, the phase difference of the i-th component of the spectrum for neighboring realizations is equal to
(со;-СО,-), i (2) (with; -CO, -), i (2)
uf - uf -
Предельные значени СО; определ ютс полосой пропускани эвивалентногоLimit values; determined by the bandwidth of an equivalent
фильтра ufuf filter
ufuf
W.,;± lr.f. (3) W.,; ± lr.f. (3)
,; ± 21Г НПодставл эти значени Q в выражение (2), наход т пределы изменени разности фаз,; ± 21 G NPa sets these values of Q to expression (2), find the limits of variation of the phase difference
Л. t ,(4) L. t, (4)
откуда следует, что величина разности не превьшает f и имеет знак, соответствующий знаку отклонени частоты i-й составл ющей от средней частотыwhence it follows that the magnitude of the difference does not exceed f and has a sign corresponding to the sign of the frequency deviation of the i-th component from the average frequency
i-го эквивалентного фильтра. Разреша уравнение (2) относительно частоты составл ющей с учетом того, чтоi-th equivalent filter. Solving equation (2) with respect to the frequency of the component, given that
ормирует на втором выходе строб фиг.2в), разрешающий прохождение им- It forms at the second exit the strobe of Fig. 2c), which allows the passage of
Ol Ol
1 one
uf, окончательно получаютuf, finally get
ьФ.ФF.
(i + :;-) &f. (5) (i +: ;-) & f. (five)
ормирует на втором выходе строб фиг.2в), разрешающий прохождение имIt forms at the second exit the strobe of Fig. 2c), allowing it to pass
Формирует на втором выходе строб (фиг.2в), разрешающий прохождение им- Forms at the second exit strobe (figv), allowing the passage of
Учитыва , что значение -uf заранее задаетс и известно с большой точностью, аппаратурно достаточно определить безразмерную частоту i-й составл ющейTaking into account that the value of -uf is predefined and known with great accuracy, it is sufficient to determine the dimensionless frequency of the i-th component
Ф; 2 irF; 2 ir
р. R.
i + (6)i + (6)
Формирует на втором выходе строб (фиг.2в), разрешающий прохождение им- Forms at the second exit strobe (figv), allowing the passage of
Регистраци фаз составл ющих спектра в блоке 10 пам ти производитс в течение (N-l)-ro периода дискретизации . Дл этого дешифратор 17The recording of the phases of the spectral components in the memory unit 10 is performed during the (N-l) -ro sampling period. For this, the decoder 17
Формирует на втором выходе строб (фиг.2в), разрешающий прохождение им- Forms at the second exit strobe (figv), allowing the passage of
пульсов тактового генератора 18 на вход записи блока 10 пам ти. Аналогично в блоке 11 пам ти производитс pulses of the clock generator 18 to the write input of the memory block 10. Similarly, in block 11 of the memory is produced
перезапись информации из блока 10 пам ти. Запись в блоки 6 и 7 пам ти производитс с задержкой, учитьшаю- щей запаздывание формировани частных сумм на входах-блоков пам ти. Запись значений фаз в блок 10 пам ти производитс с задержкой, учитывающей врем формировани фаз на выходе блока 9. Запись информации в блок 11 пам ти производитс без задержки.overwriting information from memory block 10. The recording in memory blocks 6 and 7 is made with a delay, resulting in the delay in the formation of private sums at the memory input blocks. The recording of phase values in the memory unit 10 is made with a delay, taking into account the phase formation time at the output of the unit 9. The recording of information in the memory unit 11 is performed without delay.
При ЭТОМ в течение (N-l)-ro периода дискретизации дл каждой частотной- дискреты значений фазы предьщущей реализации переписываетс из блокаFor THIS, during the (N-l) -ro sampling period for each frequency-discrete phase values of the previous implementation, it is copied from the block
10в блок 11, затем в блок 10 записываетс значение фазы данной реализации . На выходе блока 14 вычитани формируетс разность фаз , . Блоки 12, 13 и 15 обеспечивают вычисление уточненного значени безразмерной частоты каждой гармоники в соответствии с выражением (6). На второй вход сумматора 15 поступает номер частотной дискреты i с выхода счетчика 19. Согласованность работы всех узлов устройства достигаетс одновременным изменением адресов блоков 6, 7, 10 и10c, block 11, then the value of the phase of this implementation is recorded in block 10. At the output of the subtraction unit 14, a phase difference is formed,. Blocks 12, 13 and 15 provide the calculation of the adjusted value of the dimensionless frequency of each harmonic in accordance with expression (6). The second input of the adder 15 receives the number of frequency samples i from the output of the counter 19. Coordination of the operation of all nodes of the device is achieved by simultaneously changing the addresses of blocks 6, 7, 10 and
11пам ти в соответствии с номером i частотной дискреты.11 in accordance with the number i of the frequency increments.
Эффект повьШ1ени точности определени частоты можно оценить по отношению ошибки, вносимой известным устройством , к ошибке, вносимой предлагаемым устройствомThe effect of increasing the accuracy of determining the frequency can be estimated from the ratio of the error introduced by a known device to the error introduced by the proposed device.
bf uf;bf uf;
2727
йТьФ;)tF;)
(7)(7)
где йОдФ) - абсолютна величинаwhere iOdF) is an absolute value
ошибки измерени разнос- ти фаз,phase difference measurement errors,
Из выражени (7) следует, что эффект повьшени точности определени частот составл ющих спектра сигнала определ етс величиной, обратной ошибке измерени разности фаз сойтав л ющей спектра дл двух соседних реализаций сигнала. Например, если эта ошибка 3 , точность повьшаетс From the expression (7) it follows that the effect of increasing the accuracy of determining the frequencies of the components of the signal spectrum is determined by the reciprocal of the measurement error of the phase difference of the coherent spectrum for two adjacent signal realizations. For example, if this error is 3, the accuracy is higher.
))
более чем в 100 раз. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает существенное повьшение точности определени частот составл ющих .спектра сигнала.more than 100 times. Thus, the proposed device provides a significant increase in the accuracy of determining the frequencies of the components of the signal spectrum.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU863998035A SU1308929A1 (en) | 1986-01-02 | 1986-01-02 | Digital spectrum analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU863998035A SU1308929A1 (en) | 1986-01-02 | 1986-01-02 | Digital spectrum analyzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1308929A1 true SU1308929A1 (en) | 1987-05-07 |
Family
ID=21212927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU863998035A SU1308929A1 (en) | 1986-01-02 | 1986-01-02 | Digital spectrum analyzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1308929A1 (en) |
-
1986
- 1986-01-02 SU SU863998035A patent/SU1308929A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Евтеев Ю.И. и др. Аппаратурна реализаци дискретного преобразовани Фурье. - М.: Энерги , 1978, рис. 31. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SU1308929A1 (en) | Digital spectrum analyzer | |
US4843328A (en) | Apparatus for using a time interval counter to measure frequency stability | |
GB1246503A (en) | Spectrum analyzer | |
JPH0455272B2 (en) | ||
SU1665491A2 (en) | Digital multiplier of pulse sequence frequency | |
SU1503022A1 (en) | Method and apparatus for determining instant values of electric signal frequency | |
SU1695323A1 (en) | Digital filter | |
SU1013952A1 (en) | Pulse train frequency digital multiplier | |
SU1257663A1 (en) | Device for calculating derivative of correlation function | |
SU1683175A1 (en) | Method of conversion of periodic electric signal into code and device to implement it | |
SU570064A1 (en) | Pulse sequence frequency multiplicator | |
SU1411946A1 (en) | Device for selecting the last pulse in a series | |
SU1233171A1 (en) | Device for statistical analyzing of cyclic processes | |
SU1280605A1 (en) | Information input device | |
SU1297074A1 (en) | Control device for fast discrete orthogonal transform processors | |
RU2174706C1 (en) | Device for metering distribution density of random process probabilities | |
SU1259477A1 (en) | Device for digital filtering | |
SU786009A2 (en) | Controlled frequency divider | |
SU1292007A1 (en) | Correlator | |
SU1288715A1 (en) | Device for calculating derivative of interstructure function | |
SU1238019A1 (en) | Digital average meter of time intervals | |
SU1458836A1 (en) | Digital phase meter | |
SU1425631A1 (en) | Digital function generator | |
SU463979A1 (en) | Digital Random Process Analyzer | |
SU926705A2 (en) | Converter of angular displacements to code |