SU737857A1 - Цифровой панорамный измеритель частоты - Google Patents

Description

1 . ,

Изобретение относитс  к области радиоизмерительной техники и может найти применение при измерении характеристик сигналов.

Известен цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий блок преобразовани  сигналов в цифровую форму, сигнальный вход которого подк.шочен к источнику измер емлх частот, его первый и второй управл ющие входы подк.71юченЫ к соответ- . ствующим выходам квадратурного генератора , а третьи и четвертые управл ющие входы - к выходам задающего генератора сигналов дискретизации j выходы канала преобразовани  сигналов в цифровую форму подсоединены к входам блока вычислени  дискретного преобразовани  Фурье, выход которого через квадратор соединен с соответствующим входом блока грубой оценки частоты 1. Однако этот измеритель имеет низкую точность измерени  частоты.

Наиболее близким по технической, сущности к изобретению  вл етс  цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий канал преобразовани  сигналов в цифровую форму, сигнальный

вход которого подключен к источнику измер емых частот, его первый и Итерой управл ющие входы подключе ны к сботвётбтвующим выхода квадратурнбго генератора, а третий и четвертый управл ющие входы - к выходам задс1ющего генератора сигналов дискретизации, выходы канала преобразовани  сц гналов в цифровую

10 форму подсоединены к входам блока вычислени  дискретного преобразовани  Фурье, выход которого через квадратор соединен с соответствующим входом интерпол тора, между другим вхо15 дом которого и .выходом квадратора включен блок грубой оценки частоты 2 .

Однако этот измеритель при нали20 чии в принимаемом колебании двух и более перекрывающихс  по спектру сигналов не обеспечивает совместное высокоточное измерение их частот, а формирует в этом случае лишь грубую

25 оценку центра т жести кривой совместного энёргёт1 чёекого; спектра сигналов .

Цел изобретени  - повьвиение разрешающей способности и точности совместТйого измерени  частот нескольких гГёрекрывающихс  по спё ктру Ьитналс в.

Эта цель достигаетс  тем, что в цифровой панорамный измеритель частоты , содержащими блок преобразовани  сигналов в цифровую форму, управл ющие входы которого соответственно подключены к выходам квадратурного reffepaiTopa и задающего генератора сигналов дискретизации, выходы блока преобразовани  сигналов в цифровую форму через последовательно соединенные блок вычислени  дискретного преобразовани  Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерпол тора, ешающий блок, введены М блоков оптимального разрешени , блок сочетаний , буферное запоминающее устройство и блок обнаружени , входы которого соединены с выходами квадратора , а выходы блока обнаружени  подключены к вторым входам интерпол тора , выходы которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройства, вторые входы которого подключены к входам квадратора. Выходы буферного запоминсцощего устройства соединены с входаили блока сочетаний , перва  и втора  группа выходов которых подключены собтвётственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешени , выходы которых соединены с первыми входами решающего блока, вторые входы которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.

Каждый блок оптимального .разрешени , содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через п квадраторов подключены к входам сумматора , причем первые входы N блоков линейных комбинаций  вл ютс  первыми входами блока оптимального разрешени . Вторые входм N блоков линейных, комбинаций  вл ютс  вторыми входами блока, а выход сумматора - выходом блойа оптимального разрешени .

функциональна  схема цифрового панорамного измерител  частоты показана на чертеже.

Измеритель содержит блок 1 преобразовани  сигналов в цифровую форму, квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации, блок 4 вычислени  дискретного преобразовани  Фурье, квадратор 5, интерпол тор6 , блок 7 обнаружени , буферный запоминающий блок 8, блоки 9 сочетаний N блоков 10 оптимального разрешени , каждый из которых Ьостоит из п блоков линейных комбинаций и квйдраторЪв у, сумматора 13, решающий блок 14. На чертеже также показаны шина 15 сигналь .Яого входа и выходна  шина 16.

Работает цифровой панорамный измеритель следующим образом.

На вход измерител  сигнала на, интервале времени (О,Т), отведенном

на временную обработку сигналов, поступает суперпозици  в общем случае перекрывающихс  по спектру частот,N сигналов и шумового фона. Пусть сигналы представл ют собой гармоничесс кие колебани  с частотами f. + + Fp (рЕ ,N) длительностью Т, где fp - средн   частота занимаемого сигналами частотного диапазона, а чиумовой фон представл ет собой гаусQ сов нормальный случайный процесс. При этом колебание на шине 15 измерител  (на сигнальном входе блока 1) имеет вид

s(.,.(Va) 5 .., рм

где Stt,Fp- enp|j2UFpt - комплексный

закон информационной модул ции сигнала от р-го источника неизвестной 0 частоты;

iyl-I

|е - посто нна  на интервале (О,Т) комплексна  случайна  амплитуда сигнала р-го источника

5 неизвестной частоты;

n(t) - бе/нлй гауссов шум. На первый и второй управл ющие входы блока 1 поступают сдвинутые друг относительно друра на ЭО опор0 ные сигналы частотой fj, с выходов квадратурного генератора 2, а на третий и четвертый управл ющие входы - сигналы дискретизации с частотой (где - ширина интер5 вала возможных значений Измер емых частот) с выхода задающего генератора 3. Блок 1 преобразовани  осуществл ют предварительную согласованную фильтрацию принимаемых колебаний (1), их дискретизацию по времени с интервалом дискретизации At аналого-цифровое преобразование полученных отсчетов.При этом на выходе блока 1 формируетс  набор из KO отсчетов (в

5 цифровом коде) синфазных и квадратурных составл ющих комплексной огибающей принимаемой суперпозиции сигналов (1) UK(tK) дл  всех моментов времени .Kel.KQ.

Эти сигналы U,KeI,Ko поступают на входы блока 4 вычислени  дискретного преобразовани  Фурье, который формирует по ним Кд отсчетов Фурьеспектра комплексной огибающей суперпозиции сигналов. Эти отсчеты представл ют собой отсчеты синфазных и квадратурных составл ющих комплексного коррел ционного интеграла согласованной отработки сигналов по

частоте в диапазоне (0,,) с шагом дискретизации if f сч о

4.--Su..a.-)exvpl)2-itiK|K A,ie Ik (2) 1 , к к Набор отсчетов , с. вы хода блока 4 перезаписываетс  в буферный запоминающий блок 8, а также поступает на вход квадратора 5, формирующего на своем выходе Ко отсчетов квадраторов модулей | Блок обнаружени - путем перебора отсчетов , поступающих на его вход,находи грубую оценку границ поддиапазонов, в которых сосредоточен энергетически спектр перекрывающихс  сигналов,Интерпол тор б, использу  информсщию, заложенную в сигналах, поступающих на его входы с выходов блока 7 обнаружени  и квадфатора 5, формирует на своем выходе оценку поддиапазонов в которых сосредоточены сигналы,посредством восстановлени  точной формы их совместного энергетического спект ра.. Значени  номеров отсчетов, соответствующих оценке границ поддиапазонов , в которых сосредоточены частоты перекрывающихс  по спектру N сигналов, поступают на соответствующий вход буферного запоминающего блока 8. При этом из буферного запоминающего блока 8 в первый внутрен ний буферный регистр блока 9 сочетаний перезаписываетс  набор из фиксированного числа К тех отсчетов I Y 1, которые сосредоточены в гра ницах оцененных поддиапазонов, а во второй внутренний буферный регистр блока 9 перезаписываютс  номера К этих отсчетов, несущие информацию о значении отсчетов частоты, в окрестности которых сосредоточен совместный энергетический спектр перекрывающихс  сигналов. Блок 9 сочетаний формирует на каждой из М групп своих первых выходов по N различных сочетаний (без перестановок и повторений ) отсчетов W,V где число /К К I Jm 4ir)4K/N Ni . М наборов отсчетов )4- 1Ч)п1,теТ,л поступают далее с первых выходов блока 9 на соответствующие входы М блоков 10 оптимального .разрешени . На второй группе выходов блок 9 сочетаний параллельно формирует М наборов номеров отсчетов f Jw соответствующих сформированным на пе группе выходов наборам отсчетов . Эти наборы номеров второй группы выходов блока сочетаний поступают на соответствующие входы решающего блока 14 (где записы ваютс  во внутреннем входном регистр блока 14) и параллельно - на соответствующие входы М блоков 10 оптимального разрешени . Каждый т-й из М блоков оптимгшьного разрешени  формирует на своем выходе составл ющую оптимального выходного эффекта совместного разрешени -измерени  прр.екрывающихс  по спектру СИ1-НЛЛОР X,T,) которым  вл етс  логарифм совместной функции правдоподоби  всех сигналов. Последний в рассматриваеллом случае разрешени  по частоте может быть выражен в виде эриштовой формы где Y - вектор с элементами - операци  транспонировани ; - операци  комплексного .сопр жени ; vm матрица, обратна  матричной функции неопределенности сигналов по частоте с элементами Hp --2expJ3(2ltCVV 4-) где FP р-лР,и F cj,-AF - значени  отсчетов информационных парамет-. ров из набора|1рп,;р., или пос-, ле приведени  эрмитовой формы (3) к удобному дл  схемной реализации каионическому виду „ т}выражаетс  в форме суммы квадратов , :;:: iMiJb Г. 5 где - комплексный коррел цион-г ный интеграл оптимального разрешенй  р-го сигнала из набора , . Р Ор . 4 . 1, .. (6 Здесь а р.,- - элемент матрицы А р дка р, полученной рбращением подблока пор дка р исходной матрицы Y,заданной посредством операции (4). .Формирование эффекта оптимального совместного разрешени  - измерени  (5) в М блоках 10 оптимального разрешени  осуществл етс  следующим образом. Калсдый т-й блок 10 содержит по N блоков 11 линейных комбинаций. Причем на первый блок 11 с первых и вторыхвыходов блока 9 сочетаний поступают соответственно и номер одного отсчета Y,ns SfJht , на второй блок 11 - знач§ . , ., номера двух отсчетов из 5 и т.д., и на N-й блок 11 - значени  и номера всех N отсчетов Y,, По значени м номеров отсчетов.-ie m в каждом р-м блоке 11 формируетс  набор коэффициентов весового суммировани  qpj и Орр путем осуществлени  операции обращени  числовой матрицы с элементами, формируемыми из набора { в соответствии с операцией (4). По значени м сформированных коэффициентов Qpi)pp, и по значени м набора отсчетов на выходе р-го блока 11 формируетс  посредством весового суммировани  значение Хр ,п в соответствии с операцией (6). С

нГхо ов1рсех блоков i i tiepe3 KBa ftр .аторы 12 (осущёстйл ющие операции вэ1 т.и  квадратов модулей) значени  поступают на N бходов сумматора 13, формирующего на своём выходе ( вл ющимс  илходом т-го блока 10 оптииЛального разрешени ) значение т-й составл ющей оптимального выходного эффекта совместного разрешени -измерени  Л ,,

Набор М составл ющих Х) с выходов .всех блоков Ю поступает на соответствующие входы решающего блока 14, где путем перебора значений составл ющих оптимального эф$eIЙfa c6вмecтнor эp a9pёШнЙ -йзмepёни  находитс  максимальна  из них ° 1борУ номеров максимальной составл ющей Hjx внутрен него входного буферного регистра решающего блока 14, где записаны номера всех наборов отсчетов в выходной буферный регистр блока 14 , перезаписываетс  набор из N номеров отсчетов по частоте -эе., кото рые Сйотйётствуют номеру -gt максимальной составл ющей оптимального эффекта совместного разрешени -измерени , и однозначно св заны с набором значений совместно-эффективных оценок частот

, ч %n,j,-,4V.i

N перекрывающихс  по спектру сигналов (сигналов, неразрешаемых по Релею ) .

Таким образом, .за счет осуществленч  в предлаГслемом измерителе операций , реализующих процедуру оптимального совместного разрешени -измерени  пёр е шывающихс  по спектру (вне Релеевских) N сигналов, предложенный цифровой па;норамный измеритель частоты обеспечивает получение совместно эффективных оценок неизвестных частот всех N сигналов с точностными характеристикгили, близкикт к теоретически предельным,что существенно пошлшает разрешающую способность и точность совм.естного измерени  частот и тем самым расшир ет функциональные возможности измеритей  . ,

| ормула изобретени 

Цифровой панорамный измеритель частоты ) содержащий блок преобразовани  сигналов в цифровую форму, управ- л ющие входы готорогр соответственно подключены к выходам квадратурного генератора и задающего гецератора сигналов дискретизации, выходы блока преобразовани  сигналов в цифровую фс5рму через последовательно соединенные блок вычислени  дискретного преобразовани  Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерпол тора, решающий блок, о тличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и точности совместного измерени  частот нескольких перекрывающихс  по спектру сигналов, в него

5 введены М блоков оптимального разрешени , блок сочетаний, буферное запоминающее устройство и блок обна- / ружени , входы которого соединены с выходами квадратора, а выходы

0 блока обнаружени  подключены к вторым входам интёрпЬл тора, выходы которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройcri Ba , вторые входы которого подключейы к входам квадратора, выходы буферного запоминающего устройства соединены со входами блока сочетаний, перва  и втора  группы выходов которых подключены соответственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешени , выходы которых соединены с Пёрвыми входами решающего блока, вторые входы которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.

2. Устройство по П.1, о т л ичающее с  тем, что каждый блок оптимального разрешени  содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через п квадраторов подключены к входам сумматора,причем первые входы N блоков линейных комбинаций  вл ютс  первыми входами блока оптимального разрешени ,вторы входаа N блоков линейных комбинаций  вл ютс  вторыми входами блока, а выход сумматора - выходом блока оптимального разрешени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.IEEE Transaction on 3nformation Theory, voE, lT-20, 1974,

p 104-109.

2.Авторское свидетельство СССР

569961, кл. G 01 R 23/00 25.08.77

Выход

Claims (2)

1. формула изобретения

   Цифровой панорамный измеритель частоты', содержащий блок преобразова ния сигналов в цифровую форму, управляющие входа которого соответственно подключены к выходам квадратурного генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, выхода блока преобразования сигналов в цифровую форму через последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования Фурье и квадратор соединены с первыми входами интерполятора, решающий блок, о тличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности совместного измерения частот нескольких перекрывающихся по спектру сигналов, в него введены М блоков оптимального разрешения, блок сочетаний, буферное запоминающее устройство и блок обна- / ружения, входа которого соединены с выходами квадратора, а выходы блока обнаружения подключены к вторым входам интёрпОлятора, выхода которого соединены с первыми входами буферного запоминающего устройства, вторые входы которого подключены к входам квадратора, выходы буферного запоминающего устройства соединены со входами блока сочетаний, первая и вторая группы выходов которых подключены соответственно к первым и вторым входам М блоков оптимального разрешения, выхода которых соединеныс первыми входами решающего блока, вторые входа которых подключены к второй группе выходов блока сочетаний.
2. 2. Устройство по п.1, отд ичающее ся тем, что каждый блок оптимального разрешения содержит N блоков линейных комбинаций, выходы которых через η квадраторов подключены к входам сумматора,причем первые входа N блоков линейных комбинаций являются первыми входами блока оптимального разрешения,вторые входа N блоков линейных комбинаций являются вторыми входами блока, а выход сумматора — выходом блока оптимального разрешения.