SU924607A1 - Устройство дл след щего спектрального анализа - Google Patents

Description

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для одновременного определения мощности и фазы гармоник с медленной частотой модуляции, с целью текущего спектрального анализа детерминированных и случайных сигналов. ,

Известно устройство следящего спектрального анализа, содержащее в канале управления полосовой фильтр, блок автоподстройки частоты и управляемый генератор частот, а в канале измерения - перемножитель, узкополосный фильтр, усилитель промежуточной частоты, детектор и индикатор [1].

Однако,в данном устройстве нельзя найти фазу анализируемого сигнала, требуется перестройка узкополосного фильтра и усилителя промежуточной частоты при изменении несущей частоты, невозможно определять мощность гармоник, кратных отслеживаемой, затруднительно изменение частотного разрешения и интервала времени, на котором производится анализ мощности -и фазы, кроме того, отсутствие в устройстве управления слежения за частотой со стороны сокращает возможности применения этого устройства.

Известно также устройство для спектрального анализа, содержащее управляемый генератор, два накопителя, два квадратора, сумматор, блок усреднения и индикатор [2].

Недостаток известного устройства состоит в том,' что с его помощью невозможно определять фазу соответствующих частотных составляющих.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности анализа фазы 15 гармонической составляющей и кратных ей частот при ее внутреннем и внешнем сопровождении, а также упрощение перестройки устройства при изменений разрешения и временного интервала 20 анализа.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для следящего спектрального анализа, содержащее управляемый генератор частоты, выход ко25 торого подключен к управляющему входу индикатора, два накопителя, выходы которых подключены к входам соответствующих квадраторов, выходы которых соединены с соответствующими 30 входами сумматора, выход которого подключен к первому информационному входу индикатора, введены блок деления, блок воспроизведения арктангенса, два дискретизатора, блок задержки·, полосовой фильтр, блок автоподстройки частоты и два переключателя, 5 выход первого переключателя соединен с информационными входами дискретизаторов, выходы которых подключены к входам соответствующих накопителей, выход второго переключателя 10 соединен с входом управляемого гене15 ратора частоты, выход которого подключен к управляющему входу первого дискретизатора и к входу блока задержки, выход которого соединен с управляющим входом второго¹ дискретизатора, первый вход первого переключателя объединен с входом полосового фильтра и является первым входом устройотва, выход полосового ,филь20 тра и является первым входом устройства, выход прлосового фильтра соедан ен с вторым входом первого переключателя и с входом блока автоподстройки частоты,, выход которого подключен к первому входу второго переключателя, второй вход которого является вторым входом устройства, входы блока деления подключены соответственно к¹ выходам первого и вто- jq рого накопителей, выход блока деления через блок воспроизведения арк. тангеса соединен с вторым информационным входом индикатора.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит полосовой фильтр 1, блок 2 автоподстройки частоты, дискретизаторы 3 и-4, блок 5 задержки на четверть периода выборки, управляемый генератор 6 частот, накопители 7 и 8, квадраторы 9 и 10, блок 11 деления, сумматор 12, блок 13 воспроизведения арктангенса, индикатор 14 и два переключателя 15 и 16 на два положения и одно направление каждый, при этом вход полосового фильтра 1 является входом анализатора, выход полосового фильтра .1 подключен ко.входу блока 2 автоподстройки частоты и к выходу 17 переключателя 15, второй вход 18 переключателя 15 подключен к входу полосового фильтра 1, а выход подключен к объединенным информационным входам дискретизаторов 3 и 4, выход блока 2 автоподстройки частоты подключен ко входу 19 переключателя 16, второй вход 20 которого является входом внешнего сигнала управления частотой, выход переключателя 16 подключен -Ко входу управляемого генератора 6 частот, выход которого соединен с управляющим входом дискретизатора 3 и со’ входом блока 5 задержки, выход которого подключен к управляющему входу дискретизато ра 4; выход дискретизатора 3 подключе.· ко входу накопителя 7, а выход дискретизатора 4 - ко входу накопителя 8, выход накопителя 7 подключен ко входу квадратора 9 и ко входу делителя блока 11 деления, а выход накопителя 8 - ко входу квадратора 10 и ко входу делимого блока Г1 деления, выходы квадраторов 9 и 10 подключены ко входам сумматора 12, вход которого подключен к одному информационному входу индикатора 14, выход блока 11 деления подключен ко входу блока 13 воспроизведения арктангенса, подключенного'выходом ко второму информационному входу индикатора 14, синхронизирующий вход которого соединен с выходом управляемого генератора 6 частот, выход индикатора является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для одновременного.определения мощности и фазы сигнала анализируемой частоты в основу работы предлагаемого устройства положены формулы ^S(4t’-^{Re (}г^+1т ϊϊ (1)

«(„,) . Arctg-gg ¹(2)

Re(vo)=y_x(iat)(3)

Sx(iAt+i-j-)(4)

- сигнал, поступающий' на вход дискретизатора;

- шаг дискретизации сигнала по времени;

- отслеживаемая частота;

- количество усредняемых отсчетов сигнала, определяемое разрешением по частоте и статистическими погрешностями оценок спектра случайных сигналов.

Обоснование возможности получения величины S(uj) и Ч (ω) по формулам (1) и (2) дано в приложении. При этом если анализ осуществляется .только для. одной частоты ш, то сигнал x(t) не должен содержать кратных гармоник. Опирация отфильтрования кратных гармоник осуществляется полосовым фильтром. Если же необходимо найти мощность гармоник·, кратных данной частоте с»·, то предварительная фильтрация входного сигнала не производится.

Исследуемый сигнал x(t). подается на вход полосового фильтра 1, если переключатель 15 подключен на вход 17, или же на объединенные информационные входы дискретизаторов 3 и 4, если переключатель 15 включен на вход 18, а анализу подвергается суммарный сигнал нескольких гармоник.

Если переключатель 15 включен на вход 18, то x(t) = U exit), где U 8χ (t) - входной сигнал устройства. Если переключатель 15 включен на вход 17_? то x(t)=^(t), где у(t) выходной сигнал полосового фильтра, 5 не содержащий кратных гармоник.

С выхода полосового фильтра 1 выделенный из спектра сигнал x(t) поступает одновременно на объединенные информационные входы дискретизаторов Ю 3 и 4 и вход блока 2 автоматической (подстройки частоты, блок автоподстройки частоты вырабатывает сигнал, управляющий значением частоты ω, т.е. сигнал управления слежением за 15 анализируемой частотой ω. Если значение частоты ω устанавливается в управляющем генераторе частот, воз1мэжны два режима работ.

1. АВтосложение за частотой. В 20 этом случае переключатель 16 включен на вход 19, и на вход управляемого генератора 6 частот поступает сигнал с выхода блока 2 автоподстройки частоты. 25

2. Внешнее сопровождение. В этом случае переключатель 16 включен на вход 20 и на вход управляемого генератора 6 частот поступает сигнал внешнего управления частотой.

По получению сигнала слежения за частотой управляемый генератор 6 частот вырабатывает соответствующее значение частоты ω, увеличивая или уменьшая текущее значение частоты последовательности импульсов на его 35 выходе. Эта частота равна частоте дискретизации и частоте анализа и»= ²^/дЪ.

С выхода управляемого генератора 6 частот сигнал одновременно поступает на управляющий вход дискретизатора 3 и на бпок 5 задержки на четверть периода выборки, откуда сигнал поступает на управляющий вход дискретизатора 4. В результате этого на вы15 ходе дискретизаторов 3 и 4 приучаются отсчеты x(iAt) и х (iat + i·^—) .

Эти отсчеты поступают на входы накопителей 7 и 8, с выхода которых сни- 50 маются суммарные значения сигналов

N N

Sx(iAt) и Б X (iit+i-r) , в результате

Ϊ--Ι 5=1 .

чего формируется действительная и мнимая составляющие спектра сигнал^, 55 которые одновременно поступают с выхода накопителя 7 на вход квадратора 9 й на вход делителя блока 11 деления, с выхода накопителя 8 - на вход квадратора 10 и на вход делимого блока 11 деления.

После квадратичного детектирования с выходов квадраторов 9 и 10 сигналы, пропорциональные средней мощности действительной и мнимой частей 65 исследуемого, поступают на входы сумматора 12.

С выхода сумматора 12 величина, пропорциональная мощности сигнала (1), поступает на один из информационных входов индикатора 14, где и отображается.

С выхода блока 11 деления величина ^(и))=1т(ш) / Re(w) (5) поступает на вход блока 13 воспроизведения арктангенса 13, после чего выполняется вычисление величины * = Arctg 4(ω) , I (6) /которая пропорциональна фазе исследуемого сигнала. Эта величина поступает для отображения на второй информационный вход индикатора 14. Тем самым реализуются формулы (1) и (2). На управляемый вход индикатора 14 поступает сигнал с управляемого генератора 6 частот, что позволяет определить сдвиг по фазе сигнала, снятого с выхода'сумматора 12.

В предлагаемом устройстве для изменения интервала анализа Т= NAt, определяющего спектральное разрешение, необходимо, сохраняя at, т.е. ту же частоту анализа, изменять N. Это значительно проще, чем менять параметры интегратора и ширину полосы пропускания узкополосного фильтра известного устройства. Реализация всех введенных элементов хорошо известна в вычислительной технике и не вызывает затруднений.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет расширить возможности спектрального анализа за счет одновременного измерения и отображения мощности и фазы анализируемого сигнала; исследовать характеристики кратных исследуемой частоте гармоник, что обеспечивается алгоритмом вычисления действительной и мнимой составляющих спектра; изменять частотное разрешение и интервал времени, на котором осуществляется спектральный анализ, изменением N, т.е. без дополнительной подстройки устройства индикации (интегратора) и узкополосного фильтра, что позволяет упростить перестройку устройства в целом; за счет переключения осуществлять внутреннее и внешнее сопровождение исследуемой частоты.

Улучшение возможностей спектрального анализа позволяет расширить область существующих устройств для следящего спектрального анализа, повысить его качество и качество решаемых с помощью спектрального анализа научных и производственных, исследовательских и практических задач.

Claims (2)

1.Патент СИЛ № 3400578, 73-116, опублик. 1968.

2.Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов . М., Энерги , 1972, с. 261 (прототип).