SU789866A1 - Спектральный анализатор - Google Patents

Description

Предлагаемое изобретение относит с  преимущественно к измерительной технике и может быть использовано дл  спектрального анализа непрерывно измен ющихс  во времени сигналов Известен многоканальный анализато спектра, содержащий.квантователь, блок перемножени , два коммутатора, блок стробирсвани ,п % т масштабных . блоков, п сумматоров усреднителей, блок вычитани  с соответствующими св з ми между блоками и узлами, пред назначенный в основном дл  спектраль ного анализа случайных процессов Щ Недостатками его  вл ютс  больша  конструктивна  сложность, так как он содержит вычислитель коррел ционной функции и большое количество масштабных блоков, низкое быстродействие из-за того, что значени  коррел ционной функции вычисл ютс  в результате.многократного прогона запомненной анализируемой функции, и ограниченные функциональные возможности 1 в св зи с тем, что он предназначен дл  анализа запомненной либо циклически повтор ющейс  функх на ограниченном интервале времени и не может быть использован ап . скольз щего режима вычислени  спектральных коэффициентов непрерыв но измен ющегос  во времени сигнала . Известен также анализатор периодических сигналов, предназначенный дл  вычислени  спектральных коэффициентов периодических сигналов и содержащий исчтоник сигнала, усилитель мощности, инвертор фильтр низкой частоты, усилитель-ограничитель, интегратор , фильтр посто нной составл ющей , детектор, дифференцирующее устройство, генератор функций Уолша и п каналов, состо щие из последовательно соединенных умножител , интегратора и регистрирующего устрой ,ства . 23 . Недостатками известного анализатора периодических сигналов  вл ютс  низкое быстродействие, так как действительные значе.ни  спектральных коэффициентов могут быть получены только в конце периода исследуемого сигнала, и ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что он предназначен дл  анализа периодической фкнкции на выбранном интервале времени и не может быть использован дл  скольз щего режима вычислени  спектральных коэффициентов непрерывно измен ющегос  во времени сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к-предлагаемому изобретению  вл етс  устройтсво дл  вычислени  коэффициентов разложени  функции в р д, содержащее накопительный блок, генератор импульсов, п ключей , п блоков делителей напр жени  ( с п выходами каждый) и п каналов из последовательно соединенных сумматора , аналого-цифрового преобразовател  и блока регистрации с соответствующими св з ми между блоками и узлами 3.

К недостаткам устройства следует отнести малую разрешающую способ-л ность, обусловленную тем, что очередной цикл анализа входного сигнала может быть начат только после прдыдущего цикла,а действительные значени  спектральных коэффициентов могут быть получены только после окончани  интервала времени, в течение которого производитс  анализ сигнала.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в спектральном ана лизаторе содержащем генератор импульсов,блок считывани , первый и второй элемент И и сумматоры-вычитатели, выход каждого из которых соединен со входом соответств.ующего ему блока дл  регистрации , выход генератора импульсов подсоединен к первому входу первого элемента И и к синхронизирующему входу интегрального преобразовател , выход которого св зан со входом сдвигающего кольцевого регистра , синхронизирующий вход которого .подключен к выходу второго элемента И, а выход - ко входу блока считывани , выход которого соединен с первыми входами всех сумматоров-вычитателей , а синхронизирующий вход - с выходом первого элемента И, подключенного также через первый элемент задержки ко входам генератора дискретных ортогональных функций и второго элемента задержки выход которого соединен с первым входом, второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов И подсоединены к единичному выходу триггера, информационные выходы генератор: дискретных ортогональных функций св заны с управл ющими .входами соответствующих сумматоров-вычитателей ,а его управл ющий выход подключен ко входам дл  установки в нуль всех сумматоров-вычитателей и к нулевому входу триггера, выход генератора импульсов соединен также с входом счетчика, выход переполнени  которого подсоединен к первому

управл ющему входу интегрального преобразовател  и через третий элемент задержки - ко второму управл ющему входу интегрального преобразовател  и к единичному входу триггера , входы аналогового и цифрового сигналов интегрального преобразоватл   вл ютс  входами анализатора.

Кроме того,интегральный преобразователь содержит блок дл  сравнени  аналоговых сигналов, первый вхо которого  вл етс  входом аналогового сигнала преобразовател , и блок дл  сравнени  цифровых сигналов, первый вход которого  вл етс  входом цифровых сигналов преобразовател , выходы блоков сравнени  подсоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого св зан со входом первого счетчика, установочный вход которого подключен ко второму управл ющему входу преобразовател , а выход - ко входу блока считывани , выход которого  вл етс  выходом интгрального преобразовател , а установочный вход соединен с первым управл ющим входом преобразовател , синхронизирующий вход которого подсоединен ко входу датчика случайных чисел и сигналов, аналоговый и цифровой выходы которого св заны со вторыми входами соответствующих блоков дл  сравнени .

На фиг.1 представлена блок-схема спектрального анализатора; на фиг.2блок-схема интегрального преобразовател  1 на фиг.1.

Спектральный анализатор содержит интегральгый преобразователь 1, сдвигающий кольцевой регистр 2 (динамическа  пам ть) , блок 3 считы., элементы 4 и 5 задержки, элементы И 6 и 7, генератор 8 импульсов, триггер 9, генератор 10 дискретных ортогональных функций, сумматорывычитатели 11, блоки 12 дл  регистрации , счетчик 13 и элемент 14 задержки .

Цифрами 15, 16 и 17 обозначены соответственно цифровой, аналоговый и синхронизирующий входы интегрального преобразовател  1. Цифрой 18 выход интегрального преобразовате11Я , а цифрами 19 и 20 - его соответственно первый и второй управл ющие входы.

В состав интегрального преобразовател  1 вход т блок 21 дл  сравнени  машинных кодов, блок 22 дл  сравнени  аналогЪвых сигналов,датчик 23 случайных чисел и сигналов, элемент ИЛИ 24, счетчик 25 и блок 26 считывани .

В предлагаемом устройстве реализуетс  алгори тм расчета спектральных коэффициентов при разложении исследуемого сигнала по дискретным ортогональным кусочно-посто нным функци м (Радемахера, Уолша, Хаара н т.п.)- Любой спектральный коэффициент , например в базисе Уолша, может быть расчитан по формуле )ot(|)d, ,N, (1) где CQU (t) - спектр Уолша от исследуемого сигнала X (t, Ф Wot - система ортогональных функций Уолша; t - текущее врем ; V - переменна  интегрирова ни  на интервале ортогональности to, N 2 т/U, t число участков по сто нства функций Уолша максимальной частоты ( п 1,2 ...); At - интервал дискретизации времени. Так как Wo6 + 1 дл  функций Рад махера и Уолша (дл  других может принимать значени  + А , что в конечном счете не нарушает общности дальнейшего изложени ), то (1) можно представить в виде J(M.- ( Работа предлагаемого устройств происходит следующим образом. В каждый момент времени в сдвигаи цем кольцевом регистре 2 находи с  N значений элементарных интегр лов выражени  (2) от :3 до С1„ вклю чительно. Значение каждого элементарного интеграла 3 вычисл етс  е помощью интегрального преобразоват л  1 на предыдущих этапах расчета спектральных коэффициентов. В момент времени t, в которой на наетс  расчет спектральных коэффициентов Соо (t) дл  отрезка исследу емой функции f(t) на интервале ft.t - т , на вход блока 3 считывани  поступает код, соответствующий значению элементарного интегра ЗУ, . Триггер 9 находитс  в единичном состо нии, а единичный выход его открывает элементы И 6 и 7 дл  прохождени  импульсов с генератор 8 импульсов. Генератор 10 дискрет ных ортогональных функций находитс  в исходном состо нии (значени  функций соответствуют началу интер вала ортогональности). Сумматоры-вы читатели 11 обнулены,а в блоках 12 дл  регистрации зафиксированы значени  спектральных коэффициентов исследуемой функции на интервале t -b.t, n-T- . Счетчик 25 инте грального преобразовател  1 обнулен . Исследуема  функци  f(t) не прерывно подаетс  на вход 15 (если она представлена в цифровом виде) либо на вход 16 (если она представлена в аналоговом виде) интегрального преобразовател . Таким образом, с момента времени t в сумматорахвьгчитател х 11 осуществл етс  формирование спектральных коэффициентов с;,( t), с (t), ... ; в с,рответствии с алгоритом (2),-а интёгральньГй преобразователь 1 начинает формирование элементарного интеграла J , который через врем  Л t будет вычислен и передан в сдвигающий кольцевой регистр 2 на место Я (код которого к тому моменту времени будет подключен к входу блока 3 считывани , и таким образом осуществитс  автоматическа  перенумераци  интегралов} 0,,, J...,. Процесс формировани  спектральный коэффициентов осуществл етс  с.ледующим образом. В момент поступлени  импульса с генератора 8 импульсов через элемент И 7 на синхронизирующий вход блока 3 считывани  осуществл етс  передача кода 3 в . сумматоры-вычитатели 11 со знаками, соответствующими знакам дискретных ортогональных функций (например Уолша WQ , W , ... W, дл  текущего момента интервала .ортогональности ) . Импульс, поступивший на синхронизирующмй вход блока 3 считывани , задерлсиваетс  элементом 4 задержки на врем  переходных процессов в сумматорах-вычитател х 11 и поступает на вход генератора 10 дискретных ортогональных функций, перевод  его в состо ние, при котором на его N информационных выходах сигналы соответствуют очередным значени м базисных функций. Импульс с выхода элемента 4 задержки задерживаетс  элементом 5 задержки и через элемент И 6 поступает на управл ющий вход сдвигающего кольцевого регистра 2, сдвига  в нем коды таким образом , что на вход блока 3 считывани  подаетс  код J., (этот процесс заканчиваетс  до прихода очередного импульса с генератора 8 импульсов). Процесс формировани  спектральных коэффициентов продолжаетс  аналогичным образом до по влени  на входе блока 3 считывани  кода ;j. В этот момент времени на N информационных выходах генератора 10 дискретных ортогональньзх функций сигналы соответствуют последнему зн&чению базисных функций V/o , Wi , ... Wf, на выбранном интервале ортогональности 0,ТД. После прихода очередного импульса с генератора 8 импульсов в сумматорах-вычитател х 11 происходит суммирование-вычитание их содержимого с кодом 3, , и задерхсанный на элементе 4 задержки импульс переводит генератор 10 дискретных ортогональных функций в исходное состо ние .При этом импульс с управл ющехО

(N +1)-го выхода генератора-10 дискретных ортогональных функций после окончани  переходных процессов устанавливает триггер 9 в нулевое состо ние и считывает сод(8ржимое сумматоров-вычитателей 11- (с установкой и в нулевое состо ние)в блоки 12 дл  регистрации. Импульс, задержанный элементом 5 задержки, и импульсы с генератора 8 импульсов поступают на входы закрытых элементов И 6 и 7: и не воздействуют на блоки 2 и 3. В этом режиме ожидани  блоки анали затора (за исключением блоков 1 и 8) наход тс  до окончани  процесса формировани  элементарного интеграла Зц (т.е. до окончани  интервала времени tit) .

Процесс формирований элементарного интеграла 3 осуществл етс  в интегральном преобразователе 1 следующим образом. Исследуема  функци , как указано выше, полаетс  либо на вход 15, либо на вход 16 соответственно блоков 21 или 22 дл  сравнени  Другие входы блоков 21 и 22 дл  сравнени  подключены соответственно к цифровому и аналоговому выходам датчика 23 случайных чисел и сигналов, вход которого соединен с синхронизирующим входом 17 интегрального преобразовани  1. На дход 17 с генератбра 8 импульсов поступают тактовые импульсы высокой частоты. Если случайное число или значение случайного аналогового сигнала меньше по aбcoлютнt)Й величине мгновенного значени  исследуемой функции в момент прихода очередного тактового импульса , то в счетчик 25 через элемент, ИЛИ 24 поступает импульс. Счетчик 13 предназначен дл  подсчета числа испытаний N ,укладывающихс  в интервале времени. Частоту генератора всегда можно выбрать такой, что N 2 (где т - целое число) , и в этом случае величина J (накапливаема  в счетчике 25) может быть промасштабирована путем соответствующего сдвига кода числа при считывани с помощью блока 26 считывани . Считывание кода 3, на выход 18 осущег ствл етс  импульсом переполнени  со счетчика 13. Этот же импульс, но задержанный на врем  окончани  переходных процессов при записи кода Зм( сдвигающий кольцевой регистр 2 (на место кода ) , осуществл ет обнулени счетчика 25 и установку в единичное состо ние триггера 9. После этого процесс вычислени спектральных коэффициентов повтор етс , как описано выше.Повьшение разрешающей способности про вл етс  в том, что в предлагаемом устройстве используетс  сколь-  щий режим вычислени  спектральных

коэффициентов с интервалом дискретизации t,B TOik врем  как устройство-прототип вычисл ет спектральные коэффициенты только после окончани  интегрировани  исследуемой функции f(t) на интервале времени О,Т . Предлагаемый же спектральный анализатор на этом же интервале вычисл ет спектральные коэффициенты N раз, причем N и определ етс  временем преобразовани  в интегральном преобразователе, которое в свою очередь определ етс  быстродействием цифровых элементов в интегральном преобразователе (частота генератора импульсов может увеличиватьс  практически безгранично) и точностью преобразовател , котора  св зана с числом испытаний м.

Claims (3)

1. Спектральный анализатор,содержащий генератор импульсов, блок считывани , первый и второй элементы И и сумматоры-вычитатели,выход каждого из которых соединен со входом соответствующего ему блока дл  регистрации , отличающийс  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности, выход генератора импульсов подсоединен к первому входу первого элемента И и к синхронизирующему входу интегрального преобразовател , выход которого св зан со входом сдвигающего кольцевого регистра , синхронизиругэщий вход которого подключен к выходу второго элемента И, а выход - ко входу блока считывани , выход которого соединен с первыми входами всех сумматоров-БЫчитателей , а синхронизирующий вход - с выходом первого элемента И, подключенного также через первый элемент задержки ко входам генератора дискретных ортогональных функций и второго элемента задержки, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов И подсоединены к единичному выходу триггера, информационные выходы генератора дискретных ортогональных функций св заны с управл ющими входами соответствующих сумматоров-вычитателей , а его управл ющий выход подключен ко входам дл  установки в нуль всех сумматоров-вычитателей и.к нулевому входу триггера, выход генератораимпульсов соединен также с входом счетчика., выход переполнени  которого подсоединен к первому управл ющему входу интегрального преобразовател -и через третий.элемент задержки - ко второму управл ющему входу интегрального преобразовател  и к единичному входу триггера , входы аналогового и цифрового сигналов интегрального преобразовател   вл ютс  входами анализатора.

2. Спектральный анализатор по п.1 отличающийс  тем, что интегральный преобразователь содержит блок дл  сравнени  аналоговых сигналов, первый вход которого  вл етс  входом аналогового сигнала преобразовател , и блок ДЛЯ сравнени  цифровых сигналов, первый вход которого  вл етс  входом цифровых сигналов преобразовател , выходы блоков., сравнени  подсоединены к входам элемента ИЛИ, выход которого св зан со входом первого счетчика,установочный вход которого подключен ко второму управл ющему входу преобразовател , а выход - ко входу блока считывани , выход которого  вл етс  выходом

интегрального преобразовател , а установочный вход соединен с первым управл клцим входом преобразовател , синхронизирующий вход которого подсоединен ко входу датчика случайных чисел и сигналов, аналоговый и цифровой выходы которого св заны со вторыми входами соответствующих блоков дл  сравнени .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

(

1.Авторское свидетельство СССР 382111, кл. G 06 G 7/52, 1971..

2.Авторское свидетельство СССР 470754, кл. G 01 R 23/00, 1973.

3.Авторское свидетельство СССР 5 № 470812, кл, G 06 F 15/34, 1974.

/5 о

18

bW

о 20