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 дис­кретного преобразования 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.

11.3.3 Анализаторы спектра на основе дискретного преобразования Фурье

 

Рассмотренное спектральное представление периодиче­ских и непериодических сигналов при определенных условиях распро­страняется и на дискретные сигналы, т.е. на сигналы, полученные из аналоговых путем взятия отсчетов в дискретные моменты времени.

Если периодический или непериодический сигнал x(t) преобразован
в дискретный сигнал Si = x(i∆t), определенный на некотором интервале Т в моменты времени t0,t1,…ti,…,tN-1, разделенных интервалами ∆t = T/n, то такой дискретный сигнал может быть представлен дис­кретным преобразованием Фурье (ДПФ) в прямой и обратной форме:

(11.9)

 

(11.10)

где

Выражения (11.9) и (11.10) устанавливают взаимнооднозначное соответствие между последовательностью отсчетов Si и ее спектром Ck.

Особенностью ДПФ является свойство периодичности спектра Сk и временного ряда Si, что обусловлено процедурой дискретизации. Это свойство создает определенные неудобства при практической реализа­ции ДПФ, что связано с наложением компонентов спектра от сосед­них периодов. Однако негативный эффект от этого влияния обычно может быть существенно снижен, например, за счет дополнительной фильтрации.

Непосредственное вычисление дискретного спектра по (11.9) явля­ется громоздкой вычислительной процедурой, требует выполнения боль­шого числа операций, что предъявляет высокие требования к быстро­действию вычислительных средств.

Требуется провести N2 операций умножения и (N -1)N операций сложения с комплексными числами.

Указанные трудности существенно ослабляются при использовании алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ). Один из таких алго­ритмов предусматривает выделение из исходного временного ряда двух промежуточных подпоследовательностей. Спектры этих подпоследовательностей определяются раздельно, а затем находится спектр всего сигнала. Для нахождения спектра каждой подпоследова­тельности требуются N2/2 умножений и N(N/2 - 1)/2 сложений. При­менение БПФ позволяет уменьшить число проводимых операций при­близительно в N/lgN раз.

Рассматриваемый цифровой анализатор содержит систему на основе сигнального микроконтроллера (СМК), который осуществляет вычисления по алгоритму БПФ (рис. 11.5).

Исследуемый сигнал может вводиться как в анало­говой (АЦП входит в состав СМК), так и в цифровой форме.

Совокупность кодов, соответствующих мгновенным значениям сиг­налов в моменты дискретизации, запоминаются в ОЗУ сигнального микроконтроллера. Управление режимами работы СМК осуществляется с внешнего устройства управления (УУ) – центральным процессором. Алгоритм БПФ реализуется по программе, как правило, записан­ной в ПЗУ. Результаты вычисления запоминаются в ЗУ. Данные из ЗУ далее поступают в ЦАП и канал вертикального отклонения ЭЛТ блока индикации (БИ).

Рисунок 11.5 – Структурная схема анализатора спектра на основе БПФ

Сигналы, соответствующие частотам исследуемого сигнала, обес­печивают через ЦАП развертку на экране ЭЛТ. На экран цифрово­го дисплея одновременно с изображением спектра может выводиться алфавитно-цифровая информация о значениях различных параметров спектра исследуемого сигнала.

 









Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su не принадлежат авторские права, размещенных материалов. Все права принадлежать их авторам. Обратная связь