Пристрій для апаратурного аналізу активного спектра інформаційних сигналів

Номер патенту: 55171

Опубліковано: 10.12.2010

Автор: Туник Володимир Федотович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Пристрій для апаратурного аналізу активного спектра інформаційних сигналів, який містить від одного до п'яти каналів одночасного аналізу, який відрізняється тим, що кожен канал містить відомий структурно-сигнальний нестаціонарний фільтр (ССНФ) простішої реалізації, який містить послідовно з'єднані за сигнальним входом керований диференціатор (КД), вхід якого є входом ССНФ; керований резонансний контур (РК) та керований інтегратор (КІ), вихід якого є виходом ССНФ, і уведено відомий виділювач обвідної A(t) сигналів та їх миттєвої частоти (t) (ВОЧ), вхід якого з'єднано зі входом ССНФ і ВОЧ містить перетворювач Гільберта, виділювач обвідної (ВО), вихід якого з'єднано зі входом керування КД і КІ, та виділювач частоти (ВЧ), вихід якого з'єднано зі входом керування РК.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що контур РК містить послідовно з'єднані за сигнальним входом перший дільник сигналів (ДС), на вході ділення якого знаходиться джерело постійної напруги (ДПН) Х0; перший суматор; перший та другий інтегратори і перший множник сигналів (МС); також - диференціатор; другий МС, на другому вході якого знаходиться ДПН d; блок піднесення до квадрата (БПК) і послідовно з'єднані другий ДС, другий суматор з від'ємний входом і третій МС, другий вхід якого з'єднано з виходом першого інтегратора, а вихід - з від'ємним входом першого суматора, другий від'ємний вхід якого з'єднано з виходом ВЧ і об'єднано з другим входом другого ДС, зі входами диференціатора, другого МС та БПК, вихід якого з'єднано зі входом першого МС, а вихід диференціатора з'єднано з другим входом другого ДС і вихід другого МС з'єднано з другим входом другого суматора.

3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що КД містить послідовно з'єднані МС, ДС та диференціатор, при цьому на другому вході МС знаходиться ДПН С0 і другий вхід ДС з'єднано з виходом ВО; а КІ містить послідовно з'єднані МС, ДС та інтегратор, при цьому другий вхід МС з'єднано з виходом також ВО і на другому вході ДС знаходиться ДПН С0 .

Текст

1. Пристрій для апаратурного аналізу активного спектра інформаційних сигналів, який містить від одного до п'яти каналів одночасного аналізу, який відрізняється тим, що кожен канал містить відомий структурно-сигнальний нестаціонарний фільтр (ССНФ) простішої реалізації, який містить послідовно з'єднані за сигнальним входом керований диференціатор (КД), вхід якого є входом ССНФ; керований резонансний контур (РК) та керований інтегратор (КІ), вихід якого є виходом ССНФ, і уведено відомий виділювач обвідної A(t) сигналів та їх миттєвої частоти (t) (ВОЧ), вхід якого з'єднано зі входом ССНФ і ВОЧ містить перетворювач Гільберта, виділювач обвідної (ВО), вихід якого з'єднано зі входом керування КД і КІ, та виділювач частоти (ВЧ), вихід якого з'єднано зі входом керування РК. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що контур РК містить послідовно з'єднані за сигналь U 2 (19) 1 3 одиночні резонансні контури, які не можуть забезпечити необхідну вибірковість при потрібній активній смузі пропускання спектральних частот. Крім того, затухання і, як наслідок, смуга пропускання цих контурів хоча и залежать від функції миттєвої частоти вхідного сигналу, але лише з умови так названої адіабатичної інваріантності і це незалежно від функції його обвідної. Відомий пристрій для слідкувального аналізу активного спектра нестаціонарних процесів [Патент України на корисну модель №33179 від 10.06.2008. Бюл. №11], який містить 3-5 каналів, аналізуючи фільтри кожного з яких є смуговими фільтрами віще другого порядку [Патент України на корисну модель №23124 від 10.05.2007. Бюл. №6], які згідно з поняттям активного спектру і за аналогією з відомими аналізаторами спектру розраховуються на усю активну смугу і мають високу вибірковість, тобто вони є фільтри високого порядку, що значно ускладнює реалізацію аналізатора. Крім того, ці фільтри відслідковують лише частоту зміщення активного спектру незалежно від обвідної вхідного сигналу. Найбільш близьким аналогом до технічного рішення, що заявляється, є такий аналізатор, нестаціонарні фільтри якого керовані не тільки за частотою зміщення активного спектру, а і за обвідною вхідних сигналів. Відомі структурно-сигнальні нестаціонарні фільтри (ССНФ) [Заездный A.M., Зайцев В.А.. Структурно-сигнальные параметрические фильтры и их использование для разделения сигналов. «Радиотехника», т.26, №1, 1971]. Ці фільтри представляють собою одиночні коливальні контури, які відповідають умові узагальненого резонансу, коли безперервно компенсується затухання контуру зовнішнім діянням, тому він сприймає адекватне складне діяння подібно тому, як найпростіше синусоїдальне коливання сприймає стаціонарний резонансний контур. Ключова особливість фільтрів ССНФ є така, що їх затухання і, як наслідок, смуга пропускання залежать не тільки від функції миттєвої частоти зміщення активного спектра, а і, головне, від функції зміни обвідної вхідного сигналу. Але вирази змінних коефіцієнтів диференційних рівнянь другого порядку відомих ССНФ мають порівняно велику кількість параметрів, відносин їх похідних та їх добуток, що суттєво ускладнює реалізацію таких ССНФ. Відомий ССНФ спрощеної реалізації [Зайцев В. А.. Структурно-сигнальные нестационарные фильтры как основа для построения следящих систем связи. Сб. Методы помехоустойчивого приѐма ЧМ и ФМ сигналов. - М: «Сов. радио», 1972, Рис. 2], який містить послідовно з'єднані керований диференціатор, послідовний резонансний контур (РК) з керованими індуктивним та ємнісним елементами та керований інтегратор, сигнальний вхід якого з'єднано з конденсатором контуру РК. Керування диференціатора і інтегратора виконано за обернено пропорційною функцією обвідною вхідного сигналу, а керування індуктивного та ємнісного елементів за обернено пропорційною фун 55171 4 кцією зміщення середньої частоти активної спектра цього ж сигналу. Але, якщо ці фільтри, згідно з поняттям активного спектру, використовувати як окрему ланку для побудови фільтрів високого порядку, то значного спрощення реалізації аналізатора досягнуто не буде і чим вище їх порядок, тім нижче ефект спрощення, а наявність керованого індуктивного елемента потребує використовувати для низькочастотних сигналів важкокерованих котушок індуктивності великих розмірів, що приводить до перекручування автоматичного керування і суперечить принципу мініатюризації вимірювальної апаратури. Крім того, дослідження відомого ССНФ показало, що його амплітудно-частотна характеристика зростає з підвищенням резонансної частоти настройки, що приводить до частотних перешкод вихідного сигналу. При цьому невідомим є принцип виділення обвідної та миттєвої частоти зміщення активного спектра, а використання типових інерційних амплітудних детекторів і частотних дискримінаторів суттєво впливають на точність автоматичної перестройки ССНФ. Технічною задачею, яка вирішується корисною моделлю, є задача одержання значно більш ефективного та спрощеного пристрою для апаратурного аналізу активного спектра нестаціонарних процесів -інформаційних сигналів. Ця задача вирішується пристроєм для апаратурного аналізу активного спектра інформаційних сигналів, який містить від одного до п'яти каналів одночасного аналізу. Новим є то, що кожен канал містить відомий структурно-сигнальний нестаціонарний фільтр (ССНФ) простішої реалізації, який містить послідовно з'єднані за сигнальним входом керований диференціатор (КД), вхід якого є входом ССНФ; керований резонансний контур (РК) та керований інтегратор (КІ), вихід якого є виходом ССНФ і уведено відомий виділювач обвідної A(t) сигналів та їх миттєвої частоти (t) (ВОЧ), вхід якого з'єднано зі входом ССНФ і ВОЧ містить перетворювач Гильберта, виділювач обвідної (ВО), вихід якого з'єднано зі входом керування КД і КІ, та виділювач частоти (ВЧ), вихід якого з'єднано зі входом керування РК. Реалізація перетворювача Гильберта відома, наприклад, [Одесский В.Я.. Построение безындуктивного преобразователя Гильберта по условию минимума квадратичной ошибки. «Радиотехника», т.24, №5, 1969] чи [Аврамкнко В.Л., Галямичев Ю.П., Ланнэ А.А.. Элетрические линии задержки и фазовращатели. — М.: «Связь», 1973, Гл.4]. Новим є і то, що контур РК містить послідовно з'єднані за сигнальним входом перший дільник сигналів (ДС), на вході ділення якого знаходиться джерело постійної напруги (ДПН) Х0; перший суматор; перший та другий інтегратори і перший множник сингалів (МС); також - диференціатор; другий МС, на другому вході якого знаходиться ДПН d; блок зведення до квадрату (БЗК) і послідовно з'єднані другий ДС, другий суматор з від'ємний входом і третій МС, другий вхід якого з'єднано з виходом першого інтегратора, а вихід - з від'ємним входом першого суматора, другий від'ємний вхід 5 якого з'єднано з виходом ВЧ і об'єднано з другим входом другого ДС, зі входами диференціатора, другого МС та БЗК, вихід якого з'єднано зі входом першого МС, а вихід диференціатора з'єднано з другим входом другого ДС і вихід другого МС з'єднано з другим входом другого суматора. Новим є також і то, що КД містить послідовно з'єднані МС, ДС та диференціатор, при цьому на другому вході МС знаходиться ДПН С0 і другий вхід ДС з'єднано з виходом BO; a КІ містить послідовно з'єднані МС, ДС та інтегратор, при цьому другий вхід МС з'єднано з виходом також ВО і на другому вході ДС знаходиться ДПН С0. На кресленні, що додається, наведені структурні електричні схеми запропонованого фільтра фіг. 1, керованого диференціатора КД фіг.2, керованого інтегратора КІ 3 фіг.3 і виділювана обвідної A(t) сигналів та їх середньої миттєвої частоти (t) (ВОЧ) 4 зміщення активного спектра фіг.4, які містять КД 1, резонансний контур РК 2, КІ 3, ВОЧ 4, дільник сигналів ДС 5, суматор 6, інтегратор 7, множник сингалів МС 8, диференціатор 9, блок зведення до квадрату БЗК 10, джерело постійної напруги ДПН 11 перетворювач Гильберта 12, виділювач обвідної ВО 13 і виділювач миттєвої частоти ВЧ 14. Входом запропонованого фільтра є сигнальний вхід КД 1, а виходом -вихід КІ 3. Вхід керування блоків КД 1 та КІ 3 з'єднано з виходом ВО 13. Контур РК 2 містить послідовно з'єднані перший ДС 5, перший суматор 6, перший та другий інтегратори 7 і перший МС 8; також - послідовно з'єднані другий ДС 5, другий суматор 6 і третій МС 8, другий вхід якого з'єднано з виходом першого інтегратора 7, а вихід - з від'ємних входом першого суматора 6. Контур РК 2 містить також диференціатор 9, вихід якого з'єднано з другим входом другого ДС 5; другий МС 8, вихід якого з'єднано з другим входом другого суматора 6 і БЗК 10, вихід якого з'єднано з другим входом першого МС 8. Вихід ВЧ 14 з'єднано з другим від'ємним входом першого суматора 6, з другим входом другого ДС 5, зі входами диференціатора 9, другого МС 8 та БЗК 10. Працює запропонований пристрій таким чином: t cos t dt інформаційного Напруга u1 сигналу про короткочасне порушення нормального безперервного функціонування реальних фізичних об'єктів надходить на вхід МС 8, що входить до КД 1 фіг.2 і на вхід перетворювача Гильберта 12, ВО 13 і ВЧ 14, що входять до ВОЧ 4 фіг.4. На виході перетворювача Гильберта 12 одержується напруга сигналу h, яка надходить на другий вхід ВО 13 і ВЧ 14. На виході ВО 13 одержується напруга обвідної t 2 u1 h2 , а на виході ВЧ 14 - напруга миттє вої частоти t d h arctg , яка надходить на dt u1 вхід керування контуру РК 2, а напруга обвідної A(t) надходить на вхід керування ДС 5, що входить до блоку КД 1 фіг.2, і на вхід керування МС 8, що входить до блоку КІ 3 фіг.3. 55171 6 На виході блоку КД 1 одержується напруга u, яка надходить на вхід РК 2. Для реального диференціатора d RC(t)u1(t), де, згідно з відомим ССНФ, u dt C0 Ct , а С0 - початкове значення конденсатоt ра блоків КД 1 та КІ 3. На другому вході МС 8, що входить до КД 1 фіг.2 і на вході ДС 5, що входить до КІ 3 рис.3 знаходиться джерело ДПН 11 С0. Напруга u з виходу КД 1 надходить на сигнальний вхід РК 2, який у відомому фільтрі ССНФ представляє послідовне з'єднання резистивного, індуктивного та ємнісного елементів, вихідна напруга якого одержується зі конденсатора, тобто 1 C0 uc i t dt , де Ck t . У цьому ж фільтрі Ck t t L0 індуктивність L t , де L0 - постійне значення t як і С0 початкової настройки контуру РК 2, а t dt - приведений час, де - посt 0 0 тійна частота початкової настройки цього ж контуру. Інтегро-діференційне рівняння цього контуру для струму i має вигляд: d 1 u ir Lti idt. (1) dt Ck t Після підстановки у (1) вище наведені параметри та нескладних перетворень одержимо наступне рівняння зі змінними коефіцієнтами:  d t i d i t 2 idt u, (2) dt t 0 де d r 0 - затухання контуру, X0 = 0 L- реакти вний опір індуктивного елемента на резонансної частоті 0 . Відомо, що для реалізації фільтра за рівнянням (2) необхідно мати лише інтегратор, диференціатор, суматор і підсилювач зі змінним коефіцієнтом передачі. Для одержання структурної схеми контуру РК 2 фіг. 1 рівняння (2) необхідно перетворити до вигляду: d i dt t 0 u d t i t 2 idt , з якого вияв ляється зрозумілою структурна схема цього контуру і, як наслідок, осмисленість його особливостей праці. Дослідження комп'ютерної моделі запропонованої структурної схеми рисі підтвердило відсутність вище відмічених недоліків відомого фільтра ССНФ простішої реалізації і показало високу точність одержаного вихідного сигналу після бистрого закінчення перехідного процесу у РК 2 і це незалежно від функцій обвідної та миттєвої частоти вхідного сигналу. Таким чином, в залежності від умов конкретних технічних задач на шляху використання за 7 пропонованого фільтра, на відміну від відомих аналізаторів спектра паралельного типу, дійсно існує можливість створювати як на аналогової, так і на цифрової елементної базі значно більш спрощені та високоточні аналізатори активного спект 55171 8 ра, використання яких у системах функціонування реальних технічних об'єктів дозволить суттєво поліпшувати основні характеристики їх, що саме і визначає практичну корисність упровадження таких аналізаторів у науку і техніку. 9 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 55171 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Device for analysis of apparatus analysis of active spectrum of information signals

Автори англійською

Tunyk Volodymyr Fedotovych

Назва патенту російською

Устройство для аппаратурного анализа активного спектра информационных сигналов

Автори російською

Туник Владимир Федотович

МПК / Мітки

МПК: G01R 23/16

Мітки: інформаційних, апаратурного, аналізу, пристрій, спектра, сигналів, активного

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/5-55171-pristrijj-dlya-aparaturnogo-analizu-aktivnogo-spektra-informacijjnikh-signaliv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для апаратурного аналізу активного спектра інформаційних сигналів</a>

Подібні патенти