SU995011A1

SU995011A1 - Spectrum analyzer

Info

Publication number: SU995011A1
Application number: SU813342627A
Authority: SU
Inventors: Валерий Михайлович Чернышев; Юрий Викторович Редькин
Original assignee: Новороссийское Высшее Инженерное Морское Училище
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1981-07-30
Publication date: 1983-02-07

Description

(54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА(54) SPECTRUM ANALYZER

Изобретение относитс к измерительной технике и может йлть использовано в гидролокации и технике св зи.The invention relates to a measurement technique and can be used in sonar and communication technology.

Известны анализаторы спектра, содержащие два квадратурнБК канала измерени , формирователь опорных импульсов , сумматор, фильтр и детектор 11.Spectrum analyzers are known that contain two quadrature measurement channels, a reference pulse former, an adder, a filter, and a detector 11.

Однако точность измерени им недостаточна . :However, the accuracy of the measurement is insufficient. :

Наиболее близким к изобретению техническим ранением вл етс ангшизатор , содержащий входной фильтр, аттенюатор , переключатель, преобразователь , блок управлени и реверсивные счетчики 2.Closest to the invention, a technical injury is an encapsulation unit containing an input filter, an attenuator, a switch, a converter, a control unit, and reversible counters 2.

Недостатком известного анализатора вл етс ограниченна точность измерени амплитуды ифазы спектральных составл ющих.Цель изобретени - повьииение точности измерени .A disadvantage of the known analyzer is the limited accuracy of measurement of the amplitude and phase of the spectral components. The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy.

Цель достигаетс тем, что анализатор спектра, содержгиций последовательно соединенные фильтр нижних частот , аттенюатор, электронный переключатель и преобразователь напр жени в число импульсов, а также два реверсивных счетчика квадратурных каналов, два индикатора и блок управлени , причем фильтр нижних частот подключен к электронному пере- . ключателю непосредственно и через аттенюатор, счетные входы реверсивных счетчиков квадратурных каношов соединены между собой и с выходом преобразовател , а блок управлени св зан с управл ющими входс1ми электронного переключател , преобразова10 . тел напр жени в число импульсов и реверсивного счетчика квадратурных каналов, введены дополнительно два регистра квадратурных составл ющих, генератор функций, два перемножите15 л , сумматор, блок сравнени , регистр амплитуды, дешифратор, реверсивный счетчик канала фазы, индикатор фазы и индикатор амплитуды, причем выходы реверсивных счетчиков The goal is achieved by the fact that a spectrum analyzer, a serially connected low-pass filter, an attenuator, an electronic switch and a voltage converter to the number of pulses, as well as two reversible quadrature channel counters, two indicators and a control unit, the low-pass filter connected to the electronic transducer. . to the switch directly and through the attenuator, the counting inputs of the reversible counters of the quadrature kanosho are connected to each other and to the output of the converter, and the control unit is connected to the control inputs of the electronic switch, the converter 10. the voltage body in the number of pulses and reversible counter of quadrature channels, additionally introduced two registers of quadrature components, function generator, multiply 15 liters, adder, comparison unit, amplitude register, decoder, reversible phase channel counter, phase indicator and amplitude indicator, with outputs reversible counters

20 квадратурных каналов подсоединены к сигнальным входам соответствующих регистров квадратурных составл кнцих, выхода которых подсоединены к индикаторам квадратурных составл ющих и The 20 quadrature channels are connected to the signal inputs of the respective quadrature component registers, the outputs of which are connected to the quadrature component indicators and

25 к первым входам соответствующих перемножителей , а к вторым входам перемножителей подсоединены соответствующие выходы генератора функций, выходы перет«ножителей соединены с 25 to the first inputs of the respective multipliers, and the corresponding outputs of the function generator are connected to the second inputs of the multipliers, the outputs of the scissors are connected to

30 входами сумматора, выход которого соединен с первым входом блока сравнени и сигнальньом входом регистра амплитуды; выход блока сравнени подключен к тактовому входу регистра амплитуды и к входу блока управлени выход регистра амплитуды подключен к второму входу блока сравнени и ин дикатору амплитуды, выходы знаковых разр дов регистров квадратурных составл ющих подключены к входам .дешифратора , выход которого подключен к входу реверсивного счетчика канала св ди, соединенного с индикатором фазы, при этом управл ющие входы регистров , квадратурных составл ю дих, генератора функций, блока сравнени , дешифратора и реверсивного счетчика канала фазы св заны с выходом блока управлени . На чертеже представлена структурна схема анализатора спектра. Анализатор спектра содержит фильт 1 нижних частот, аттенюатор 2, электронный переключатель. 3, преобразова тель 4 напр жени в число импульсов, реверсивные счетчики 5 и 6 квадратур ных каналов, регистры 7 и 8 квадрату ных составл ющих, индикаторы 9 и 10, перемножители 11 и 12, генератор 13 функций, сумматор 14, блок 15 сравне ни , регистр 16 амплитуды, блок 17 управлени , индикатор 18 амплитуды, дешифратор 19, реверсивный счетчик 20 канала фазы и индикатор 21 фазы. Принцип работы анализатора спектра основан на разбиении всего цикла анализа спектра сигнала на две части цикл измерени и усреднени квадрату ных составл ющих и. цикл вы ислени амплитуды и фазы спектральной сЪставл ющей . Дл обеспечени работы анализатора в .реальном масштабе времени оба этих цикла выполн ютс .одновременно . Во врем очередного цикла измерени и усреднени квадратурных составл ющих параллельно вычисл ютс амплитуда и фазаспектральной составл ющей по результатам анализа квадратурных составл ющих, полученным в предыдущем цикле измерени и усреднени квадратурных составл ющих Измерение квадратурных составл ющих спектра осуществл етс по методу пре образовани Фурье, причем непрерывные опорные синусные и косинусные ко лебани замен ютс кусочно-посто нными на двоично-рациональных отрезках их периода. Гармонический спектр таких периодических кусочно-посто нных колебаний с двум уровн ми квантовани (относительной величиной 1 и /2) не содержит четных гармоник и р да нечетных гармоник. 7-а и 9-а гармоники спектра по величине не пре вышают нескольких процентов от ампли туды первой гсфмоники. Четырехуров нева. аппроксимаци позвол ет уменьшить относительный уровень нечетных гармоник до долей процента. Перемножение в квадратурных каналах осуществл етс реверсивными счетчиками путем поочередного суммировани и вычитани числоимпульсных кодовых групп, пропорциональных, взвешенным значени м напр жени сигнала. Усреднение квадратурных составл ющих осуществл етс путем накоплени в реверсивных хзчетчиках результатов 1 змерени квадратурных составл ющих. Амплитуда спектральной составл ющей определ етс путем умножени измеренных амплитуд(модулей)квадратурных составл ющих спектра на вспомогательные синусное и косинусное колебани (длительностью в четверть периода произвольной фиксированной частоты и с тактовым приращением фазы), суммировани результатов умножени и нахождени максимального значени суммы. Фаза спектральной составл ющей определ етс одновременно с ее амплитудой по временному положению упом нутой выше суммы, с учетом знаков квадратурных составл ющих. Изложенный принцип работы анализатора реализуетс следующим образом. Дл уменьшени вли ни нескомпенсированных нечетных гармоник в спектре кусочно-посто нных опорных- колебаний , эти гармоники подавл ютс в спектре входного сигнала фильтром 1 нижних частот. Аттенюатор 2 обеспечивает ослабление сигнала на фиксированных уровн х, число которых определ етс числом уроззней квантовани опорных колебаний. Переключатель 3 поочередно и с повышенной частотой дискретизации подает полное и ослабленное аттенюатором 2 напр жение входного сигнала на вход преобразовател 4 напр жени в число импульсов. Импульсы с выхода преобразовател 4 суммируютс и вычитаютс в соответствующие промежутки, времени в реверсивных счетчиках 5 и б квадратурныхканалов . При этом содержимое реверсивных счетчиков 5 и б соответствует значени м синусной и косинусной составл ющих гармонического спектра дл анализируемой частоты. Блок 17 управлени приводит в действие преобразователь 4, реверсивные счетчики 5 и б, переключатель 3 и после повторени цикла измерени и усреднени квадратурных составл ющих подготавливает анализатор спектра к выполнению цикла вмчиспени амплитуды и фазы спектральной составл ющей , дл чего осуществл ет перезапись содержимого реверсивных счетчиков 5 и б в регистры 7 и 8 квадратурн .ых составл ющих. По результатам анализа знаковых разр дов регистров 7 и 8 дешифратором 19 блок 17 управлени устанавливает режим работы (сложение и вычитакие ) реверсивного счетчика 20 канала фазы и записывает в наго число , соответствующее начальному значению фаэы (0,180 или 360 градусов), обнул ет регистр 16 амплитуды и включает генератор 13 функций.30 inputs of the adder, the output of which is connected to the first input of the comparator unit and the signal input of the amplitude register; the output of the comparison unit is connected to the clock input of the amplitude register and to the input of the control unit the output of the amplitude register is connected to the second input of the comparison unit and the amplitude indicator, the outputs of the sign bits of the quadrature component registers are connected to the inputs of the reversible counter of the channel connected to the phase indicator, with the control inputs of the registers, quadrature components dich, function generator, comparison unit, decoder and reversible counter of the phase channel with in the output with the output of the control unit. The drawing shows a structural diagram of a spectrum analyzer. The spectrum analyzer contains a lowpass filter 1, an attenuator 2, an electronic switch. 3, the voltage converter 4 to the number of pulses, reversible counters 5 and 6 of the quadrature channels, registers 7 and 8 of the quadratic components, indicators 9 and 10, multipliers 11 and 12, generator 13 functions, adder 14, block 15 compared , amplitude register 16, control unit 17, amplitude indicator 18, decoder 19, phase channel reversing counter 20, and phase indicator 21. The principle of operation of a spectrum analyzer is based on dividing the entire cycle of signal spectrum analysis into two parts: a cycle of measuring and averaging square components. The cycle of analyzing the amplitude and phase of the spectral component. In order to ensure the operation of the analyzer on a real time scale, both of these cycles are performed simultaneously. During the next cycle of measurement and averaging of quadrature components, the amplitude and phase spectral components are calculated in parallel by the results of the analysis of quadrature components obtained in the previous cycle of measurement and averaging of quadrature components. The measurements of the quadrature components of the spectrum are carried out using the Fourier transform method, and continuous the reference sine and cosine oscillations are replaced by piecewise constant on binary rational segments of their period. The harmonic spectrum of such periodic piecewise constant oscillations with two quantization levels (relative values of 1 and / 2) does not contain even harmonics and a number of odd harmonics. The 7th and 9th harmonics of the spectrum do not exceed a few percent of the amplitude of the first harmonic in magnitude. Fouryurov Neva. approximation allows the relative level of odd harmonics to be reduced to fractions of a percent. The multiplication in quadrature channels is performed by reversible counters by alternately summing and subtracting the number of pulse code groups proportional to the weighted values of the signal voltage. The quadrature components are averaged by accumulating the results of 1 quadrature components in reverse xzuchchiki. The amplitude of the spectral component is determined by multiplying the measured amplitudes (moduli) of the quadrature components of the spectrum by the auxiliary sine and cosine oscillations (a quarter of a period of an arbitrary fixed frequency and with a clock phase increment), summing the multiplication results and finding the maximum sum value. The phase of the spectral component is determined simultaneously with its amplitude by the time position of the above-mentioned sum, taking into account the signs of the quadrature components. The stated principle of operation of the analyzer is implemented as follows. To reduce the effect of uncompensated odd harmonics in the spectrum of piecewise-constant reference-oscillations, these harmonics are suppressed in the spectrum of the input signal by low-pass filter 1. Attenuator 2 attenuates the signal at fixed levels, the number of which is determined by the number of quantizations of the reference oscillations. Switch 3 alternately and at an increased sampling rate delivers the full and attenuated attenuator 2 voltage of the input signal to the input of the voltage converter 4 to the number of pulses. The pulses from the output of converter 4 are summed and subtracted into the appropriate intervals, times in reversing counters 5 and b of quadrature channels. In this case, the contents of the reversible counters 5 and b correspond to the values of the sine and cosine components of the harmonic spectrum for the analyzed frequency. The control unit 17 actuates the transducer 4, reversible counters 5 and b, switch 3, and after repeating the measurement and averaging quadrature cycle, prepares the spectrum analyzer to perform a cycle of the amplitude and phase of the spectral component, for which the content of the reversible counter 5 is rewritten and b in registers of 7 and 8 quadrature components. According to the results of the analysis of the sign bits of registers 7 and 8 by the decoder 19, the control unit 17 sets the operation mode (addition and reading) of the reversible counter of the phase channel 20 and writes the number corresponding to the initial value of the phase factor (0.180 or 360 degrees) to nago, whips the amplitude register 16 and includes a generator of 13 functions.

Перемножение модулей (амплитуд) измеренных квадратурных составл ющих спектра на соответствующие им вспомогательные опорные функции, вырабатывае1«ые генератором 13, осуществл етс перемножител ми 11 и 12. Результаты перемножени суммируютс сумматором 14. Блок 15 сравнени , сравнивает содержимое регистра 16 амплитуды и результат суммировани . Если число, записанное в регистре 16, меньше результата суммировани или равно ему, на выход блока 15 сравнени пропускаетс тактовый импульс блока 17 управлени .The multiplication of the modules (amplitudes) of the measured quadrature components of the spectrum by their corresponding auxiliary support functions, developed by generator 13, is performed by multipliers 11 and 12. The multiplication results are summed by adder 14. Comparison unit 15 compares the contents of amplitude register 16 and the result of summation. If the number recorded in register 16 is less than or equal to the result of it, the clock of control unit 17 is passed to the output of comparison unit 15.

Если результат суммировани меньше числа, записанного в регистр 16, вычисление амплитуды и фазы спектрал ной составл ющей по ее квадратурным составл ющим прекращаетс до получени результатов следующего цикла измерени и усреднени квадратурных составл ющих и информаци на индикаторах 18 и 21 соответствует амплиту-де и фазе спектральной составл ющей.If the result of the summation is less than the number recorded in register 16, the calculation of the amplitude and phase of the spectral component by its quadrature components stops until the results of the next measurement cycle and averaging of the quadrature components and the information on indicators 18 and 21 correspond to the amplitude and phase of the spectral component. component.

Таким образом, за счет цикличности работы устройства обеспечиваетс измерение с повышенной точностью амплитуды и фазы спектра нар ду с его квадратурными составл ющими в реальном мас нтабе времени.Thus, due to the cyclical operation of the device, measurement with an increased accuracy of the amplitude and phase of the spectrum along with its quadrature components in the real time frame is provided.

Claims

1. USSR author's certificate W 499537, cl. G 01 R 23/16, 1976 ,.

2. USSR author's certificate 610026, cl. G 01 R 23/16, 1978.