SU805192A1 - Цифровой многоканальный спектральныйАНАлизАТОР элЕКТРичЕСКиХ СигНАлОВ - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ральной огибающей, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока взвешенного суммировани  ГдЗ. . Если обозначить через Z(t) (j«l,2..,п).сигнал на выходе J -го блрка взвешенного суммировани , чере i-и весовой параметр, соответст ующий i-му входу j-ro блока, то функци , реализуема  данным j-ым блоком взвешенного суммировани , вы раженна  в аналитической форме, может быть записана в следующем виде: Л 1 Лt ...(i) .-.m; .a...n, ., V i - / гдеу{) сигнал, поступающий на i-и 8ХОД j-ro блока взвешенного суммировани  с выхода i-ro блока задержки Следовательно, дл  формировани  одного значени  выходного сигнала Z(t) j-му (,2.,.n) блоку взвешенного суммировани  в соответствии с формулой (i) необходимо выполнить rt операций сложени  и m операций умножени . Врем , затрачиваемое дл  формировани  одного значени  .выходного сигнала в блоке взвешенногосуммировани , обозначим через ТГ , Элементы блока задержки совместно с блоками взвешенного суммировани  образуют набор из полосовых цифровых фильтров, причем выход j-ro блока взвешенного суммировани  соответствует выходу j-ro полосового фильтра Специальные блоки - блоки выделени  спектральной огибающей,реализуют функцию выделени  с заданной точностью спектральных огибающих, котора  сводитс  к детектированию и сглаживанию с определенной посто нной времени сигналов, поступающих на их входы с выходов соответствующих блоков взвешенного суммировани  2} Недостаток известного устройства относительно низкое быстродействие при цифровой обработке сигнала вслед ствие того, что быстродействие известного устройства определ етс  самыми Медленными блоками, вход щими в его конструкцию. Такими медленными блоками в известной конструкции  вл ютс  блоки взвешенного суммировани , так как ими реализуетс  относительно сложна  функци , включающа  в себ  умножение всех входны сигналов, поступающих с выходов бло ка задержки на соответствующие весо вые параметры, и последук дее суммирование даннЁлх произведений. Поэтом быстродействие известного устройства определ етс  предельной частотой входного сигнала через врем  взве- шенного суммировани  T/gj. Цель изобретени  - увеличение быстродействи  устройства при обработке сигналов. V Поставленна  цель достигаетс  те что в цифровой многоканальный спект ральный анализатор; содержаидий аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого  вл етс  входом устройства, а управл ющий вход подключен к выходу генератора импульсов , выход аналого-цифрового преобразовател  соединен со входом блока задержкиу управл ющий вход которого подключен к выходу генератора импульсов , и в каждом канале блок взвешенного суммировани , выход которого подключен ко входу соответствующего блока выделени  спектральной огибающей введены блок делени  частоты и в каждый канал - регистр пам ти, информационный вход каждого регистра соединен с соответствующим выходом блока задержки, управл ющие входы регистров подключены к выходу блока делени  частоты, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выходы регистров пам ти соединены с соответствующими входами блоков взвешенного суммировани . Такое техническое решение конструкции цифрового параллельного спектрального анализатора основываетс  на следующих двух известных из теории свойствах спектральных преобразователей . Максимальна  частота изменени  спектральной огибанмцей по выходу полосового фильтра не превышает половины его полосы пропускани . Спектр аналогового сигнала после преобразовани  его в цифровую форму повтор етс  периодически в виде нижнего и верхнего боковых спектров около частот, кратных частоте преобразовани  сигнала в цифровую форму. Из этих свойств следует, что частоту преобразовани  в цифровую форму спектральной огибающей а следовательно , и частоту следовани  отсчетов сигнала по выходу полосового фильтра можно брать, исход  из требований к точности выделени  самой спектральной огибающей, а выдел ть ее по первому нижнему боковому спектру около частоты следовани  отсчета .по выходу полосового фильтра. Следовательно, в цифровом многоканальном (параллельном) спектральном анализаторе, состо щем из набора полосовых фильтров, полосы пропускани  которых одинаковы и равны uf и равномерно перекрывают частотный рабочий диапазон Q-fp,отсчеты сигналов по вы-, ходам полосовых фильтров могут следовать без потери информации с частотой, равной по пор дку значению величины полосы пропускани  полосового фильтра . А так как- f значительно меньше . верхней границы fp рабочего частотного диапазона 0-fp , то на операции формировани  одного отсчета выходного сигнала в блоках взвешенного суммировани , при прочих услови х. можно выделить значительно больше времени, если фиксировать на это вре м  выходные сигналы с GJIOKOB задержек . В описываемом устройстве фиксаци  выходных сигналов с блоков задержек производитс  в регистрах пам ти. Час тота перезаписи значений сигналов, хран щихс  в регистрах пам ти, определ етс  частотой следовани  импульсов записи, поступающих на управл ющие входы данных регистров пам ти из блока делени  частоты. Частота следовани  импульсов записи в соответст вии с вышеизложенным может быть вз та равной по пор дку . значению Вели- чиныл. Следовательно, врем , которое может быть отведено блоком взвешенного суммировани  дл  формировани  одного отсчета выходных сигналов определ етс  из следующего соотно7 шени : где некотора  константа, завис ща  от конструкции блоков .вьоделени  спектральной огибающей. На практике значение С может находитьс  в пределах от единищл до п ти, т.е. .liCjS В описываемом устройстве, как и в известном устройстве, Ы быстродействие определ етс  самыми медленными блоками. Такими медленными блоками  вл ютс  блоки взвешенного суммировани . Операци  же перезаписи сигналов из блоков задержек в регист ры пам ти представл ет собой операцию типа регистр-регистр, котора обычно  вл етс  одной из самых быстрых операций в цифровых вычислительных устройствах. Оценим быстродействие описываемого устройства. Как и дл  известного устройства под быстродействием понимаетс  значе ние наибольшей частоты f в спектре сигнала, при которой данный сигнал может быть обработан предлагаемым устройством без внесени - частотных искажений. Можно показать, что наибольша  допустима  частота f, котора  может содержатьс  в спектре сигнала и кото ра  может быть обработана описываемым устройством без внесени  частотных искажений, равна: io - г- где f ec n - число каналов, Из этого соотношени ; следует, что при обработке сигналов известным {2 и предлагаемым устройствами, быстродействие предлагаемого устройства в . раз выше, чем быстродействие известного- . Этот выигрьош особенно вели при больших значени х n , т.е. при большом количестве- параллельных выходов . На чертеже приведена структурна  схема, описываемого спектрального анализатора сигналов. Устройство имеет один вход и n выходов и содержит генератор 1, имеющий один выход, аналого-цифровой преобразователь 2, имеющий информационный вход, управл ющий вход и выход, блок 3 задержки с m  чейками, кажда  из которых имеет информационный вход, управл ющий вход и выход, блоков 4 взвешенного суммировани , каждый из которых имеет m входов и один выход, n блоков 5-1,..., 5-j,...5-n выделени  спектральной огибающей, каждый из которых имеет один вход и один выход, m регистров 6 пам ти, каждый из которых имеет информационный вход, управл ющий вход и выход, блок 7 делени  частоты, имеющий вход и выход. , Информационный вход блока 2 подсоединен ко входу устройства, а выход - к информационному входу блока 3-1. Выход i-ro блока задержки подсоединен к информационному входу i+1-го блока задержки. Информационный вход i-ro регистра пам ти подсоединен к выходу -го блока задержки , а выход - к i-му входу всех блоков 4 взвешенного суммировани . Выход j-ro блока 4-J взвешенного суммировани  подсоединен ко входу j-ro блока 5-J выделени - спектральной огибающей, выход которого  вл етс  j-ым выходом устройства. Выход генератора 1 подсоединен к управл ющим входам блока 2 и блока 3. Вход блока 7 подсоеди«ен к выходу блока 1, а выход - к управл ющим входам блоков б, Описываемое устройство  вл етс  цифровым многоканальным (параллельным ) спектргипьным анализатором, предназначенным дл  параллельного спектрального анализа электрических сигналов (выделени  спектральных огибающих ) в рабочем частотном диапазоне 0-fp, собранным на базе блоков задержки и блоков 4 взвешенного суммировани  и имеющим один вход и n выходов. Устройство работает следующим образом . Аналоговый сигнал поступает на информационный вход блока 2, где осуществл етс  преобразование его в цифровую форму.- С выхода блока 2 цифровой сигнал в виде отсчётов в дискретные моменты времени, поступает на информационный вход блока 3 задержки. При этом частота следовани  отсчетов выходного сигнала блока 2 должна быть не меньше удвоенной величины fp (чтобы не было частотных искажений). Блок 3 задержек совместно с блоками 4 взвешенного суммировани , регистрами 6 пам ти и блоком 7 делени  частоты образуют набор изп полосовых цифровых фильтров с равными полосами пропускани  af, равномерно перекрывающими частотный рабочий диапазон 0-fp. Причем выход j-ro блока взвешенного суммировани  соответствует .,выходу j-ro полосового фильтра.

Следовательно, на вход такой системы из п полосовых фильтров (информационный вход блока 3) подаетс  сигнал с выхода блока 2.

По выходу каждого такого полосового фильтра .{выходу соответствующего блока 4) выдаютс  отсчеты преобразованного фильтровой системой из п полосовых фильтров сигнала,

Поскольку частота изменени  спектральной огиба ющей по выходу каждого полосового фильтра не превышает величины -//iAf , то частота следовани  отсчетов преобразованного сигнала по выходам блоков 4 выбрана исход  из точности выделени  блоками спектральных огибак цих, т.е. не меньшей, чем af, и равна частоте следовани  импульсов записи из блоков 7. По выходам блоков выдаютс  спектральные огибающие исходного сигнала в виде отсчетов в дискретные моменты времени, определ емые частотой следовани  сигналов на выходах блоков 4.

Таким образом, предлагаелвлй цифровой параллельный спектральный анализатор имеет широкий частотный и динами ческие диапазоны, при относительно несложных по конструкции блоках взвешенного суммировани . При числе выходов п, равном 100, и С-1 описанный цифровой параллельный спектральный анализатор имеет более чем на два пор дка большее быстродействие по обработке сигналов, чем известный цифровой параллельный анализатор. Сложность же предлагаемой конструк ции увеличилась незначительно по сравнению с известной, поскольку один дополнительный регистр пам ти значительно проще даже одного (не самого

сложного) блока в известном устройстве , а.именно блока задержек.

Claims (2)

1.Архангельский С.В. Применение и синтез блоков взвешенного суммировани . Сб. тезисов Всесоюзного совещани  по техническим средствам аналоговой и аналого-цифровой вычислительной техники. Кишинев Штиинца 1976, с. 36-39.

2.Рабинер Л.,Гоулд Б. Теори  и применение цифровой обработки сигналов . М., Мир 1978, с. 598-599 (прототип ) .