SU1573432A1 - Способ анализа спектра сигналов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике. Цель изобретени  - повышение частотной избирательности спектрального анализа. Способ заключаетс  в преобразовании Фурье-сигнала, полученного в результате взвешенного когерентного накоплени  анализируемого сигнала. Взвешиваемое выполн етс  с помощью спектрального окна, полученного модификацией окна, примен емого в обычном спектральном анализе. Устройство дл  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 12 посто нной пам ти, коммутатор 13, оперативное запоминающее устройство 14, формирователь 15 импульса, блок 16 синхронизации, вычислитель 17. Предлагаемый способ спектрального анализа обеспечивает более высокую частотную избирательность, что подтверждаетс  сравнением коэффициентов передачи K/F/ и модул  АЧХ. Анализатор спектра позвол ет проводить анализ спектра в более широкой полосе частот и с более высоким спектральным разрешением. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано дл  спектрального анализа периодических и квазипериодических сигналов на фоне случайных шумов .

Цель изобретени  - повышение частотной избирательности спектрального анализа.

Предлагаемый способ спектрального анализа состоит в накоплении N отсчетов дискретизированного во времени с интервалом Л t и оцифрованного АЦП- сигнала. Каждый такой отсчет образует- 5с  как сумма отсчета, полученного на предыдущем цикле накоплени , с разностью этого отсчета и полученного к моменту накоплени  отсчета входного сигнала, причем разность умножаетс  на масштабирующий коэффициент и взвешиваетс  с помощью спектрального окна Спектральное окно представл ет собой {периодическую функцию с периодом N/3t,

где С - нормирующий множитель.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства дл  анализа А спектра.

Устройство содержит АЦП 1, первый регистр 2, вычитатель 3, умложитель 4, сумматор 5, второй регистр 6, генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ), перJQ вый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 счетчики соответственно, блок 12 посто нной пам ти, .коммутатор 13, оперативное запоминающее устройство 13, формирователь 15 импульса, блок

J5 16 синхронизации, вычислитель 17,

причем информационный вход анализатора спектра подключен к входу АЦП 1, вход синхронизации анализатора спектра подключен к входу ГТИ, выход кото20 рого соединен с синхронизирующими входами АЦП, первого регистра и блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом установки первого

счетчика, входом управлени  второго .завис щую от двух переменных - номера 25 счетчика и входом начальной установки

третьего счетчика, входом управлени  четвертого счетчика, выход АЦП через регистр 2 соединен с входом вычитате30

этапа накоплени  и номера накапливаемого отсчета. Дл  получени  спектра сигнала накопленные отсчеты необходи- ,мо преобразовать в частотную область с помощью ДПФ. Операцию накоплени  можно представить в виде уравнени 

у(п,0) у(п-1,9 ) + 1/М g(n,9)x(Nn+ + Э)-у(п-1,0)), (1)

л , выход которого соединен с первым

входом умножител , второй вход которого соединен с выходом блока посто нной пам ти, адресный вход которого соединен с выходом счетчика 11, информационный вход которого соединен с выхо35 Д°м счетчика 8, синхронизирующий вход которого соединен с выходом переноса второго счетчика и синхронизирующим входом формировател  импульса, выход которого соединен с входом установки

где у(п,б) - накапливаемый сигнал;

п - номер этапа накоплени ,

,1с..;

0 - номер накапливаемого отсчета , б 0,1,...,N-1; g(n,9) - функци  спектрального

окна;

1/М - масштабирующий коэффициент (М 1);

х(-) - отсчет входного сигнала. Способ спектрального анализа заключаетс  в преобразовании Фурье-сигнала полученного в результате взвешенного когерентного накоплени  анализируемого сигнала Причем примен емое взве шивание выполн етс  с помощью спектрального окна, полученного модификацией окна, примен емого в обычном спектральном анализе,, Можно предложить следующее уравнение преобразовани  спектральных окон дл  осуществлени  предлагаемого способа

g(6) - C-g (n+ 6) inodNj, (2)

где С - нормирующий множитель.

На чертеже приведена функциональна  схема устройства дл  анализа А спектра.

Устройство содержит АЦП 1, первый регистр 2, вычитатель 3, умложитель 4, сумматор 5, второй регистр 6, генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ), перQ вый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 счетчики соответственно, блок 12 посто нной пам ти, .коммутатор 13, оперативное запоминающее устройство 13, формирователь 15 импульса, блок

5 16 синхронизации, вычислитель 17,

причем информационный вход анализатора спектра подключен к входу АЦП 1, вход синхронизации анализатора спектра подключен к входу ГТИ, выход кото0 рого соединен с синхронизирующими входами АЦП, первого регистра и блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом установки первого

л , выход которого соединен с первым

входом умножител , второй вход которого соединен с выходом блока посто нной пам ти, адресный вход которого соединен с выходом счетчика 11, информационный вход которого соединен с выхоД°м счетчика 8, синхронизирующий вход которого соединен с выходом переноса второго счетчика и синхронизирующим входом формировател  импульса, выход которого соединен с входом установки

четвертого счетчика, выходы соответственно второго и третьего счетчиков соединены с первым и вторым входами коммутатора, выход которого соединен с адресным входом блока оперативной

пам ти (ОЗУ), выход которого соединен с вторыми входами вычитател  и сумматора , входом вычислител , второй вход которого соединен с вторым выходом блока 16 и с синхронизирующим входом третьего счетчика, выход переноса которого соединен с первым входом блока синхронизации, второй вход которого соединен с первым выходом вычислител , второй выход которого  вл етс  выходом анализатора спектра, выход умножител  соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра, выход которого соединен с входом блока пам ти, вход уп515

равлени  которого объединен с входом синхронизации регистра 6 и соединен с первым выходом блока синхронизации.

Устройство работает следующим образом .

Все счетчики 8-11 осуществл ют счет по модулю N, если , то, следовательно, каждый из счетчиков должен иметь по Р разр дов. Если же N i 2 , то в составе каждого из счетчиков должен быть компаратор N, формирующий сигнал переноса. С помощью N определ етс  число анализируемых частот Rf0, где К 0,1,...,N/2-1, f f./N, где f - частота дискретизации . Импульсы с частотой fg поступают на вход ГТИ„ ГТИ генерирует два импульса, по первому из них отсчет с выхода АЦП записываетс  в регистр 2, по второму осуществл етс  запуск следующего , цикла осцифровки А1Щ сигнала на его- входе. Синхронно с записью отсчета сигнала в регистр 2 блок 16 синхронизации формирует сигнал чтени  оперативной пам ти, на его выходе устанавливаетс  полученный на предыдущем цикле накапливаемый отсчет у(п-1,б), значение которого вычитаетс  из входного отсчета в регистре 2 вычитателем 3 и полученна  разница умножаетс  умножителем 4 на весовой коэффициент, который установлен на выходе блока 12 посто нной пам ти. Полученное произведение складываетс  сумматором 5 с у(п-1,0) и сумма, как у(п,0), записываетс  в регистр 6, а затем в блок 14 пам ти на место у(п- -1,0). После этого счетчики 9 и 11 увеличивают свое состо ние на 1, код в счетчика 9 становитс  равным б +1, а счетчики 11 (n+0+1) mod N. По следующему такту fg аналогичные операции выполн ютс  дл  у(п-1, 6+1).

После выполнени  N операций на выходе переноса счетчика 9 по вл етс  активный уровень сигнала, а сам счетчик 9 обнул етс . По фронту этого сигнала счетчик 8 увеличивает свое сосг то ние на 1, а формирователь 15 генерирует импульс, который перезаписывает состо ние с«етчика 8 в счетчик 11, следующий цикл счета счетчик 1 1 начинает с этого значени . Таким образом осуществл етс  чтение посто нной пам ти 12 по адресу (n+0)mod N. Вычита- тель 17 предназначен дл  выполнени  ДПФ (или ВПФ), а также дл  вычислени  требуемых спектральных характеристик.

0

5

При необходимости чтени  накопленных в блоке 14 пам ти данных вычислитель устанавливает сигнал запроса блоку 16 синхронизации, последний переключает в цепь адреса блока 14 пам ти счетчик 10 с помощью коммутатора 13, по этому адресу осуществл етс  чтение  чейки пам ти и блок 16 синхронизации стробирует запись отсчета в вычислитель 17, по заднему фронту этого импульса счетчик 10 увеличивает свое состо ние на 1, по следующему запросу вычислитель 17 будет выполн ть чтение следующего отсчета. После чтени  N отсчетов на выходе переноса счетчика 10 по вл етс  активный уровень сигнала, который посредством блока 16 синхронизации передаетс  вычислителю

0 17 как признак готовности данных.

Вычисление спектральных характеристик в вычислителе 17 и когерентное накопление могут выполн тьс  параллельно и асинхронно при следующих услови5  х: анализируемый сигнал включает стационарные когерентные составл ющие, число накоплени  и число Ив (1) дос-, таточно большое. Тогда в результате длительного накоплени  x(nN+0) Ј

0 %у(п-1+0) и, следовательно, у(п, () и х x(nN+ в). Благодар  высокой частотной избирательности анализатора спектра некогерентные шумы нос т незначительное отклонение в любой произвольный момент (меньше 1/М), тогда в пам ти 14 будет присутствовать медленно измен ющийс  процесс, посто нна  времени которого определ етс  избирательностью анализатора спектра.

Предлагаемый способ спектрального анализа обеспечивает более высокую по сравнению с известным частотную избирательность , что подтверждаетс  сравнением коэффициентов передачи K(f) и

5 модул  АЧХ предлагаемого способа Кроме того, предлагаемый способ анализа спектра позвол ет анализировать параллельно N/2 отсчетов спектра и обеспечивает подавление шумов.

0 Предлагаемый анализатор спектра позвол ет проводить анализ спектра в более широкой полосе частот и с более высоким спектральным разрешением по сравнению с известным анапизатором-ус- 5 реднителемо

Claims (1)

1. Способ анализа спектра сигналов, состо щий в когерентном накоплении

5

0

сигнала посредством суммировани  его с результатом, полученным ранее в результате аналогичного накоплени , с интервалом времени Ј , отличающийс  тем, что, с целью повышени  частотной избирательности, производ т дискретизацию входного сигнала с периодом Т, кавдый из N накопленного отсчетов образуетс  как сумма отсчета , полученного на предыдущем цикле накоплени  с интервалом времени 1 NT, с разностью этого отсчета и полученного к моменту накоплени  отсчета входного сигнала, данную разность умножают на весовую функцию, накопленные таким образом отсчеты преобразуютс  с помощью дискретного преобразовани  Фурье дл  получени  спектра сигнала.

2с, Устройство дл  анализа спектра сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, сумматор, четыре счетчика , блок пам ти, умножитель и аналого-цифровой преобразователь, вход которого  вл етс  информационным входом анализатора спектра, вход синхронизации которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом управлени  аналого-цифрового преобразовател , выход первого счетчика соединен с информационным входом четвертого счетчика , а его вход синхронизации соединен с выходом переноса второго счетчика , выход умножител  соединен с пер- вым входом сумматора, ВТОРОЙ вход которого соединен с выходом блока пам ти , отличаю ще ес  тем5 что, с целью повышени  частотной избирательности э введены первый и второй регистры, вычитатель, блок лосто0

5

0

5 0

35

40

 нной пам ти, коммутатор, формирователь импульса, вычислитель и блок синхронизации , вход синхронизации которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с синхронизирующим входом первого регистра, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразовател , выход соединен с первым входом вычитател , выход которого соединен с первым входом умножител , второй вход которого соединен с выходом блока посто нной пам ти, адресный вход которого соединен с выходом четвертого счетчика, вход установки которого соединен с выходом формировател  импульса,вход которого соединен с выходом переноса второго счетчика, выход которого соединен с первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом третьего счетчика, выход коммутатора соединен с адресным входом блока пам ти , выход которого соединен с вторым входом вычитател , первым входом вычислител , вход блока пам ти соединен с выходом второго регистра, вход которого соединен с выходом сумматора , вход синхронизации второго регистра , объединенный с входами управлени  первого, второго, третьего и четвертого счетчиков, блока пам ти и коммутатора , подключен к первому выходу блока синхронизации, первый вход которого соединен с выходом переноса третьего счетчика, вход синхронизации которого соединен с вторым выходом блока синхронизации и вторым входом вычислител , первый выход которого соединен с вторым входом блока синхронизации , а второй выход  вл етс  выходом анализатора спектра,