11.3 Цифровые анализаторы спектра

В настоящее время применяются три разновидности цифровых анализаторов спектра, основой которых является преобразование сигнала в цифровой код и вычисление составляющих спектра с помощью цифровых вычислительных устройств.

11.3.1 Цифровой анализатор со сжатием сигнала во временной области

В таких анализаторах при небольшом времени анализа за счет искусственного расширения спектра исследуемого сигнала удается обеспечить высокую разрешающую способность. Расширение спектра при этом реализуется в цифровой форме.

Суть положительного эффекта такого анализатора заключается в том, что если искусственно в nраз расширить спектр сигнала (n∆F) и вnраз увеличить полосу пропускания (n∆f), то продолжительность анализа сократится вnраз при неизменной разрешающей способности:

(11.8)

Принцип действия блока сжатия информации (рис.11.3) строит­ся на предварительном преобразовании сигнала, поступающего на его вход. Из анализируемого сигнала берутся выборки мгновенных значе­ний с частотой, определяемой теоремой Котельникова. С помощью АЦП они преобразуются е цифровой код и последовательно записываются е запоминающее устройство (ЗУ).

Рисунок 11.3 – Блок сжатия во временной области

Записанный в ЗУ блок информации считывается, но со скоростью, значительно большей скорости записи (10²...10⁴). Затем считанная ин­формация преобразуется в аналоговую форму. Таким образом, полученная сжатая во времени копия сигнала, может быть передана анализатору последовательного типа. Спектр сжатой копии и поло­са пропускания анализирующего фильтра расширяются. Однако время анализа уменьшается во столько раз, во сколькодлительностьсжатой копии меньшедлительностисигнала, записанного в ЗУ.

Применение временного сжатия сигнала на низких частотах обес­печивает работу анализаторов последовательного типа в реальном вре­мени (анализатор СУ-73).

11.3.2 Анализаторы на цифровых фильтрах

Цифровые фильтры (ЦФ) выполняют операцию частотной филь­трации и позволяют получать при наличии управляющих воздействий различные АЧХ и ФЧХ, обеспечивая высокую стабильность параметров ЦФ и не нуждаются в подстройке.

Цифровые фильтры могут быть реализованы как аппаратными, так и программными средствами.

Процедура фильтрации в ЦФ представляет собой определенный ал­горитм обработки входного сигнала, в результате чего на выходе филь­тра появляются новые цифровые коды, соответствующие результатам фильтрации.

Передаточная функция ЦФ может быть представлена в виде дис­кретногопреобразования Лапласа. Коэффициенты передаточной функ­ции определяют характеристики фильтра, для изменения которых до­статочно задать другие значения некоторым коэффициентам, т.е. зане­сти в ячейки памяти новые числа.

Таким образом, результат фильтрации определяется формой ана­лизируемого сигнала и параметрами АЧХ фильтра, зависящими от зна­чений коэффициентов реализуемой передаточной функции фильтра.

Упрощенная схема анализатора спектра на цифровых фильтрах представлена на (рис.11.4).

Рисунок 11.4 – Структурная схема анализатора спектра на цифровых фильтрах

Входной сигнал преобразуется в последова­тельность кодов, соответствующих числовым значениям сигнала в мо­менты выборки. Совокупность кодов с выхода цифровых фильтров по­ступает на цифровой детектор, где рассчитывается среднеквадратическое значение напряжения. После усреднения данных спектр сигнала отображается на экране анализатора в виде спектральных полос.