SU1735905A1 - Устройство дл анализа результата воспроизведени с носител магнитной записи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к накоплению информации. Целью изобретени   вл етс  сокращение времени анализа и повышение его разрешающей способности по частоте и точности. В известное устройство, содержащее соединенные последовательно формирователь пилообразного управл ющего напр жени , управл емый гетеродин с линейной частотной модул цией и канал запиИзобретение относитс  к накоплению информации, а именно к устройствам дл  анализа результата воспроизведени  с носител  магнитной записи. Целью изобретени   вл етс  сокращение времени анализа, повышение его разрешающей способности по частоте и точности. На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого устройства. Устройство содержит соединенные последовательно генератор синхронизирующих импульсов 1, делитель частоты 2, формирователь пилообразного управл юси-воспроизведени  опорного сигнала, а также полосовой фильтр, выход которого  вл етс  первым выходом устройства, введены соединенные последовательно генератор синхронизирующих импульсов и делитель частоты, выход которого соединен с входом формировател  пилообразного управл ющего напр жени , подключенные последовательно к выходу канала воспроизведени  информационного сигнала блок выборки-хранени , аналого-цифровой преобразователь , регистр пам ти, цифроанало- говый преобразователь, выход которого соединен с входом полосового фильтра, подключенные последовательно к выходу канала воспроизведени  опорного сигнала компаратор, выход которого также соединен со стробирующим входом блока выборки хранени , блок временной задержки, формирователь строба и логический элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, а выход - с входом считывани  регистра пам ти . щего напр жени  3, гетеродин 4 с линейной частотой модул ции (ЛЧМ), канал опорного сигнала блока 5 магнитной записи-воспроизведени  (МЗВ), компаратор 6, подключенные последовательно к выходу канала информационного сигнала блока 5 МЗВ блок 7 выборки-хранени , стробирующий вход которого соединен с выходом компаратора 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и регистр пам ти 9, вход считывани  которого соединен с выходом компаратора 6 через соединенные последовательно блок временной задержки 10, формирователь Ё XI Сд) 43 « |СЛ

Description

строба 11 и логический элемент И 12, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 синхроимпульсов, а выход- с входом считывани  регистра пам ти 9, к выходу которого подключены соединенные последовательно цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13 и полосовой фильтр 14, выход 15 которого  вл етс  первым выходом устройства . К выходу блока 7 выборки-хранени  также подключены фильтр 16 нижних частот, выход 17 которого  вл етс  вторым выходом устройства .

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 синхронизирует работу всех блоков устройства. Делитель 2 делит частоту синхроимпульсов так, чтобы обеспечить необходимую длительность управл ющих пилообразных импульсов формировател  3, под воздействием которых частота гетеродина 4 измен етс  линейно в течение времени TV длительности опорного сигнала. Информационный аналоговый сигнал и опорный ЛЧМ сигнал записываютс  одновременно на различных дорожках носител  записи блока 5 МЗВ и затем одновременно воспроизвод тс . Из воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигна- ла, искаженного паразитной угловой модул цией (ПУМ) посредством компаратора 6 формируетс  перва  последовательность синхроимпульсов с переменным периодом следовани  дл  блоков 7, 8, 9 и втора  последовательность со средним периодом Тг формировател  3 дл  синхронизации работы блоков 10 - 12 и 9. Диапазон частот опорного ЛЧМ-сигнала выбираетс  равным частотному диапазону информационного сигнала. Переменна  частота следовани  синхроимпульсов с выхода компаратора 6 должна не менее чем в два раза превышать частоту информационного сигнала в диапазоне его частот в соответствии с теоремой отсчетов. Удобно формировать синхроимпульсы при изменении текущей фазы воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала на величину nil. Синхроимпульсы с выхода компаратора 6, имеющие переменный период следовани  за счет ЛЧМ и ПУМ, поступают на стробирующий вход блока 7 выборки-хранени , на сигнальный вход которого подаетс  воспроизведенный блоком 5 информационный сигнал с его ПУМ. В блоке 7 формируютс  амплитудные выборки информационного сигнала, т.е. производитс  его дискретизаци  по времени с переменным периодом следовани  импульсов . При этом происходит компенсаци  ПУМ. Физически ее можно объ снить тем, что, например, паразитное временное смещение импульсов выборок и смещение соответствующих им по времени текущих зна чений информационного сигнала одинаковы, а их уровни оказываютс  без

искажений, вызванных паразитным временным смещением. Импульсы амплитудных выборок, свободные от ПУМ, поступают с выхода блока 7 выборки-хранени  в АЦП 8, где преобразуютс  в цифровой

код. Цифровые слова, соответствующие выборкам , запоминаютс  в регистре пам ти 9, а затем через врем  задержки тзо относительно начала воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала считываютс  из регистра пам ти 9 задержанными импульсами генератора 1 синхроимпульсов. Компаратор 6 формирует короткие импульсы с периодом Тг из обратного хода импульсов воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала, которые

задерживаютс  в блоке 10 временной задержки и запускают затем формирователь строба 11. Длительность строба выбираетс  равной времени считывани  цифровых выборок из регистра пам ти 9 Тс Та kiT0,

где Та - врем  анализа; k 1,2ki - число

выборок; То - период следовани  импульсов считывани .

Задержанные импульсы строба постулают на один вход элемента И 12, на другой вход которого поступают синхроимпульсы генератора 1. Импульсы считывани  с выхода элемента И 12 поступают на вход считывани  регистра 9, а считываемые цифровые

выборки с его выхода - в ЦАП 13, где преобразуютс  в аналоговый сигнал, и поступают на вход анализирующего фильтра 14. При этом на первом выходе 15 устройства по вл ютс  последовательно во времени составл ющие спектра воспроизведенного информационного сигнала, свободные от ПУМ. Запись амплитудных выборок сигнала в регистр 9 с переменным периодом их следовани  и считывание с посто нным

периодом следовани  привод т к ПВМ информационного сигнала с переменным коэффициентом , максимальным дл  нижней частоты и минимальным дл  верхней частоты сигнала. При этом обеспечиваютс  сокращение времени анализа, улучшение его разрешающей способности по частоте и точности. Одновременно с этим амплитудные выборки воспроизведенного информационного сигнала с выхода блока 7

выборки-хранени , свободные от ПУМ, поступают через фильтр 16 нижних частот на второй выход 17 устройства в виде огибающей опорного ЛЧМ-сигнала. Эта огибающа  может быть .подвергнута другим видам аппаратурного анализа, без погрешностей, вносимых ПУМ.

Рассмотрим компенсацию ПУМ. Дл  случа  МЗВ гармонического сигнала с частотой Q:, при гармоническом законе колебаний скорости (КС) при записи и воспроизведении с коэффициентами р3 и/% и частотами модулирующей помехи Опз и Qnh воспроизведенный сигнал можно представить в виде

U(t) Am cos{Vc t - rn (t)} Am Re exp{i Vt t - rn (t)}.(1)

Представл   уравнение(1) р дом Фурье в базисе функций Бессел , получают

0000

U(t) Am 2 Ir CM 2 IP (ft.h) г -оо р -oo

COS (ft + Г Q,a + p Ш) I + Vb ,

где rn (t) -ft- sin Qia t +

sin Qih t- 13binh

паразитное временное смещение текущих значений сигнала под вли нием КСЗ и КСВ;

Vc t -гп (t) Qct sin О,з t + sin Qifi t + Y-b - (3) - текуща  фаза сигнала;

и ДЛ - индексы ПУМ;

д flfc/Оз A QJna

-ЙГ-Т5Г1

да (Q: + Г Јb3)ph .

,

, AuJhR паразитна  девиаци  частоты;

Ir ), Ip (#nft) функци  Бессел  первого рода, пор дка г, р;

Vb Vbc + гт/Ьпз + р tyonh - начальна  фаза.

Мгновенна  частота сигнала (1) как производна  его фазы (3) равна

Wc t - Гп (t) Ос - Ос (р3 COS Опэ + +РЬ COS Qnh t).(4)

Динамический диапазон спектрального анализа сигнала (1) относительно уровн  боковых составл ющих спектра ПУМ с частотами г Опз и р Qih равен

Д )Г1ригр 1 (5)

Ir (РПЗ) Ip (pnh)

Дл  средних и верхних звуковых частот индексы ПУМ дл  низкочастотных КС могут достигать величины 1-10. При этом уровень боковых составл ющих спектра ПУМ близок к уровню сигнальных составл ющих или превышает его, а величина Д становитс  малой или отрицательной, что существенно снижает точность анализа.

Записываемый опорный ЛЧМ-сигнал имеет при единичной амплитуде следующий вид:

Ur (t) COS fy (t) COS (Wor t + & t2), (6)

где %г - начальна  частота;

0

А

Дад- 2 Дтг

Ur - параметр ЛЧМ ТгТг

сигнала, равный скорости перестройки его частоты;

Aft)r девиаци  частоты; Тг Тс - длительность опорного ЛЧМ- сигнала, равна  длительности информационного сигнала.

Мгновенна  частота ЛЧМ-сигнала равна

(Ur (t) Шог + fir t.(7)

5 Фазу воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала, использу  метод замены аргумента , аналогично уравнению (1), подставл   выражение (2), пренебрега  членами, содержащими квадрат коэффициента КС,

0 можно представить в виде

t/V(t)(t)+ tt-rn(t)2 ftbr t + t2 - (ftter + Д t) ТП (t) (8)

5 Тогда мгновенна  частота воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала как производна  от уравнени  (8) равна

СОг (t) Ufer + Д t -(Шог + t) (р3 COS Опз t +yOh COS Qnh t) 0 - Ду(5пгз sin Д/Jrirh sin Qiht,

А /э AЈWT Ai где A/for jo; индексы дополнительной ПУМ, обусловленные совместным вли нием КС и скорости перестройки частоты опорного ЛЧМ-сигнала .

Выбором величин Дй и Тг индекс дополнительной ПУМ можно сделать достаточно малым, например Д/3П 0,05, и пренебречь этой ПУМ. Тогда выражение (9) примет вид

од (t) ttfor + Д t - (ftfer + A t) (р3 cos 3 t +/% cos Qnh t) .(9)

e Из сравнени  выражений (4) и (9) видно, что дл  всех равночастотных составл ющих спектра информационного и опорного сигналов Ос Шог +Рг t их паразитна  девиаци  частоты одинакова.

Q В прототипе компенсаци  ПУМ достигаетс  в нижней боковой полосе частот второго смесител , где мгновенные частоты входных сигналов вычитаютс  и компенсируютс . При этом составл ющие спектра ине формационного сигнала, свободные от ПУМ, перенос тс  на разностную промежуточную частоту, сигналы которой выдел ютс  полосовым анализирующим фильтром.

В предложенном устройстве компенсаци  ПУМ осуществл етс  при квантовании

воспроизведенного информационного сигнала по времени в блоке 7 выборки-хранени . При этом стробирующие импульсы дл  блока 7 формируютс  из воспроизведенного опорного ЛЧМ-сигнала в моменты, соответствующие , например, текущей фазе % tk - тп (tk) ро + к ж/2 45°, 135,...

Последовательность стробирующих импульсов можно представить в виде последовательности d-функций

Ur(tk) 2 5{t- tk-Mtk)}

k 0

Тогда операцию квантовани  по времени в блоке 7 можно представить в виде произведени  входных сигналов. Амплитудный спектр этого произведени  или его пр мое дискретное преобразование Фурье имеет вид

ST (I ю) / ис (t) Ј д t - tk - гп (tk)} e-|u)t

0k 0

dt.

Представл   Uc(t) в экспоненциальной форме (1) и использу  фильтрующее свойство (5-функции, после простых преобразований получают следующее выражение дл  спектра сигнала на выходе блока выборки- хранени  7:

ЗД.ЛшЈу1а- е1 -в «- Ч

(Ю)

Из выражени  (10) следует, что максимумы спектра формируютс  на всех частотах ш Ос (О- Ос 0 первым экспоненциальным множителем под знаком суммы, а второй экспоненциальный множитель, отражающий вли ние ПУМ, при этом равен единице, т.е. ПУМ составл ющих спектра информационного воспроизведенного сигнала оказываетс  компенсированный в блоке 7 выборки-хранени . Очевидно, что така  компенсаци  ПУМ при однократном перемножении информационного и опорного сигналов будет более эффективной, чем при их двукратном перемножении в прототипе, так как комбинационных частот будет меньше , а точность анализа улучшаетс . Задава сь величиной в уравнении (9) можно получить необходимую длительность записи информационного и опорного сигналов

Тг (11)

Л/Эп Тп

при которой обеспечиваетс  эффективна  компенсаци  ПУМ.

Дл  оценки времени анализа определ ют число выборок информационного сигнала ki, использу  выражение (6) дл  фазы опорного ЛЧМ-сигнала и условие (11) дл  его длительности

VV (tk) ЭДэг tk + Ј- ti ki Tl/2,

,2ki, tki Tr.

Учитыва , что , получают форTr

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мулу дл  определени  числа выборок 2ТГ

ki

t , ДйК

(ftfer. + -2)

л

(12)

При гармоническом опорном сигнале и верхней частоте информационного сигнала соь ШоГ + Лад- и WH tk k2 л /2 получают аналогично выражению (12)

| 2Tr(QJor + ДйУ)

Л

(13)

Выигрыш в числе выборок близок к двум v kz ftJor+ДйЛ - -„ + (14)

Фактическое врем  анализа будет равно времени считывани  всех ki выборок (12) из пам ти регистра 9 с посто нным периодом следовани  импульсов Т0 2ТВ

Ta kiT0.(15)

Учитыва  врем  записи-воспроизведени , получают

Та Тг-Гзо(151)

т.е. имеют анализ в реальном масштабе времени в течение длительности информационного и опорного сигналов Тг. В течение времени анализа коэффициент ПВМ измен етс  от максимального значени  до минимального

knhMaKC fc))/Fm, knhMMH , (16)

где , Fm и FN - частота настройки анализирующего фильтра, нижн   и верхн   частоты информационного сигнала.

При этом кажда  частотна  составл юща , содержаща с  в исходной записи сигнала, приводитс  к частоте анализирующего фильтра fcj с полосой Дт.

Разрешающа  способность анализа по частоте получаетс  наиболее высокой дл  нижних составл ющих спектра сигнала и снижаетс  с уменьшением knh(tk) и возрастанием частоты

Afp Af/Mtk).(17)

Однако при соответствующем выборе периода считывани  Т0 величину Д fp можно получить достаточно высокой.

Врем  анализа в прототипе равно I ( Fm)n FmAf

где n 15-20 - число периодов нижней частоты сигнала, необходимое дл  формировани  спектра.

Приведенные соотношени  позвол ют получить сравнительную оценку параметТа

(18)

ров устройства. Так, например, дл  диапазона звуковых частот A F 100 Гц - 20 кГц при коэффициенте КС/Эз /эь 0,05% и их частоте fna fnh 10 Гц ширине полосы анализирующего фильтра Af 100 Гц, задава сь величиной остаточного индекса ПУМ 0,05, из выражени  (11) получают необходимую длительность записи информационного и опорного сигналов Тс Тг 20 с. Определив из уравнени  (1) величину индексов ПУМ 1. получают из выражени  (5) величину динамического диапазона анализа , без компенсации ПУМ Д 9,5 дБ. При компенсации ПУМ с ее остаточным индексом А/Зпг 0,05, подставив его вместо вели- чин в выражение (5), получают увеличение динамического диапазона анализа до величины Д 56 дБ, что вполне приемлемо дл  тракта МЗВ. Прин в период следовани  считывающих импульсов Т0 2,5 мкс и определив из выражени  (12) число выборок ki 4,04- 105, получают из выражени  (15) врем  анализа Та 0,1 с, что в 400 раз меньше времени анализа в прототипе, которое в соответствии с уравнением (18) Та 40 с. В соответствии с выражением (16), принима  частоту настройки анализирующего фильтра тф 100 кГц, получают, что коэффициент ПВМ измен етс  в пределах от 1000 до 5, а разрешающа  способ- ность анализа по частоте будет измен тьс  в соответствии с выражением (17) от 0,1 до 20 Гц, т.е. существенно улучшаетс  по сравнению с прототипом, дл  которого она остаетс  посто нной во всем диапазоне частот и равна 100 Гц.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  анализа результата воспроизведени  с носител  магнитной записи, содержащее соединенные последовательно формирователь управл ющего пилообразного напр жени , управл емый гетеродин с линейной частотной модул цией и канал записи-воспроизведени  опорного сигнала, а также полосовой

   фильтр, выход которого  вл етс  первым выходом устройства, отличающеес  тем, что, с целью сокращени  времени анализа , повышени  его разрешающей способности по частоте и точности, в него введены

   фильтр нижних частот, соединенные последовательно генератор синхронизирующих импульсов и делитель частоты, выход которого соединен с входом формировател  управл ющего пилообразного напр жени ,

   подключенные последовательно к выходу канала записи-воспроизведени  информационного сигнала блок выборки-хранени , аналого-цифровой преобразователь, регистр пам ти и цифроаналоговый преобразователь , выход которого соединен с входом полосового фильтра, подключенные последовательно к выходу канала записи-воспроизведени  опорного сигнала компаратор, выход которого соединен со стробирующим входом

   блока выборки-хранени , блок временной задержки , формирователь строба и элемент И, второй вход которого соединен с выходом генератора синхронизирующих импульсов, а выход - с входом считывани  регистра пам ти , при этом выход блока выборки-хранени  подключен через фильтр нижних частот к второму выходу устройства.

   «М

   /«

   -Э

   /7

   0 V

   00

   /Г

   JUl

   e / JL

   Л/0

   i/

   /

   At

   Ј

   //

   /

   M/

   - 4

   A