ИМИТАТОР СИГНАЛОВ С ЗАДАВАЕМЫМ СПЕКТРОМ
IMITATOR OF SIGNALS WITH SPECIFIED SPECTRUM

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре и в стендах полунатурного моделирования.
Из существующего уровня техники известен имитатор видео- и радиоимпульсов (патент на изобретение RU №2099852, опубл. 20.12.1997 г.), содержащий последовательно соединенные задающий генератор, делитель частоты и блок управления, N входов которого соединены с N выходами делителя частоты, генератор несущей частоты, выход которого соединен с первым входом выходного блока, отличающийся тем, что в него введены блок формирования амплитуды участков, блок формирования длительности участков, блок запуска, резисторная матрица и генератор шума, выход которого соединен с вторым входом выходного блока, содержащего последовательно соединенные модулятор, аттенюатор и усилитель, и вход которого соединен с выходом резисторной матрицы, а ее вход соединен с вторым выходом блока формирования длительности участков, группа выходов блока управления соединена с группами входов блока формирования длительности участков и блока формирования амплитуды участков, выход которого соединен с первым входом блока управления, его второй вход соединен с выходом блока запуска, а третий вход с первым выходом блока формирования длительности участков, при этом выход резисторной матрицы является выходом видеоимпульсов, а выход выходного блока радиоимпульсов.
Известен также имитатор радиосигналов (патент на изобретение RU №2207586, опубл. 27.06.2003 г.), который содержит генератор синхронизатора опорной частоты, выход которого соединен с сигнальным входом управляемого делителя частоты, устройство управления для генерации сигнала установки делителя, соединенное через аппаратуру связи с входом установки коэффициента деления управляемого делителя частоты, блок памяти и цифроаналоговый преобразователь, устройство считывания данных, устройство записи данных, устройство управления потоками данных, полосовой фильтр, устройство переноса сигналов на требуемую радиочастоту, аналого-цифровой преобразователь и второй управляемый делитель частоты.
Недостатком описанных имитаторов является невозможность управления спектральным составом моделируемых сигналов, в том числе в области очень низких (менее 0,01 Гц) частот - в этом информативном для ряда задач диапазоне моделируемые импульсы существенно искажаются постоянной составляющей и трендом моделируемого сигнала.
Технической задачей заявляемого изобретения является расширение арсенала имитаторов сигналов.
Решение технической задачи достигается тем, что имитатор сигналов с задаваемым спектром включает панель управления, к которой подключены генератор спектральной плотности мощности, генератор шума, блок питания и квантователь, выход которого соединен с входом умножителя, выход которого соединен с входом фазовращателя, выход которого соединен с входом сумматора, выход которого соединен с входом квантователя, выход которого соединен с выходным адаптером и с панелью управления, причем к входу умножителя дополнительно подключен блок искажения формы спектральной плотности мощности, к входу сумматора дополнительно подключен генератор шума, а на панели управления размещены кнопка включения питания, ручки плавной регулировки и индикаторы мощностей имитируемого сигнала в спектральных диапазонах, ручка и индикатор плавной регулировки длительности имитируемого сигнала, тумблер включения/выключения генератора шума, индикатор исправности, экран имитируемого сигнала, ручки регулировки масштаба его отображения на экране и кнопка запуска имитации, а блок питания соединен со всеми другими блоками имитатора.
Выходной адаптер может обеспечивать соединение с внешним устройством по проводному интерфейсу или беспроводное соединение.
Ручки плавной регулировки, расположенные на панели имитатора, могут быть выполнены в виде сенсорных клавиш.
Тумблер включения/выключения генератора шума, расположенный на панели имитатора, может быть выполнен в виде сенсорной клавиши.
Кнопка включения питания, расположенная на панели имитатора, может быть выполнена в виде сенсорной клавиши или в виде тумблера.
Панель имитатора может быть оборудована кнопочной клавиатурой, позволяющей реализовать функции всех ручек плавной регулировки.
Панель имитатора может быть оборудована сенсорной клавиатурой, позволяющей реализовать функции всех ручек плавной регулировки.
Для документирования результатов к выходному адаптеру имитатора дополнительно может быть подключен принтер.
Для документирования результатов к выходному адаптеру имитатора дополнительно может быть подключен накопитель с энергонезависимой памятью.
Блок питания имитатора может обеспечивать питание всех его компонентов от сети бытового электропитания, от аккумуляторов обеспечивать комбинированное питание всех компонентов имитатора от сети бытового электропитания и от аккумуляторов.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности формирования тестовых (калибровочных) сигналов с задаваемым спектром по значениям их спектральных показателей.
Сущность разработанного имитатора сигналов с задаваемым спектром поясняется фигурами (фиг.1 - схема лицевой части панели управления имитатора; фиг.2 - схема функциональной взаимосвязи компонентов имитатора сигналов с задаваемым спектром), на которых схематично обозначены:
1 - панель управления,
2 - кнопка включения питания,
3 - ручка плавной регулировки мощности имитируемого сигнала в очень низкочастотном диапазоне,
4 - индикатор заданного значения мощности имитируемого сигнала в очень низкочастотном диапазоне,
5 - ручка плавной регулировки мощности имитируемого сигнала в низкочастотном диапазоне,
6 - индикатор заданного значения мощности имитируемого сигнала в низкочастотном диапазоне,
7 - ручка плавной регулировки мощности имитируемого сигнала в высокочастотном диапазоне,
8 - индикатор заданного значения мощности имитируемого сигнала в высокочастотном диапазоне,
9 - ручка плавной регулировки длительности имитируемого сигнала,
10 - индикатор заданного значения длительности имитируемого сигнала,
11 - тумблер включения/выключения генератора шума,
12 - индикатор исправности,
13 - экран имитируемого сигнала,
14 - ручка регулировки масштаба изображения на экране по оси ординат (по амплитуде),
15 - ручка регулировки масштаба изображения на экране по оси абсцисс (по времени),
16 - генератор спектральной плотности мощности,
17 - блок искажения формы спектральной плотности мощности,
18 - умножитель,
19 - фазовращатель,
20 - генератор шума,
21 - сумматор,
22 - квантователь,
23 - выходной адаптер,
24 - блок питания,
25 - кнопка запуска имитации.
Имитатор сигналов с задаваемым спектром (см. фиг.), характеризующийся тем, что он включает панель управления (1), к которой подключены генератор спектральной плотности мощности (16), генератор шума (20), блок питания (24) и квантователь (22), выход которого соединен с входом умножителя (18), выход которого соединен с входом фазовращателя (19), выход которого соединен с входом сумматора (21), выход которого соединен с входом квантователя (22), выход которого соединен с выходным адаптером (23) и с панелью управления (1), причем к входу умножителя (18) дополнительно подключен блок искажения формы спектральной плотности мощности (17), к входу сумматора (21) дополнительно подключен генератор шума (20), а на панели управления (1) размещены кнопка включения питания (2), ручки плавной регулировки (3, 5, 7) и индикаторы (4, 6, 8) мощностей имитируемого сигнала в спектральных диапазонах, ручка (9) и индикатор (10) плавной регулировки длительности имитируемого сигнала, тумблер (11) включения/выключения генератора шума, индикатор исправности (12), экран имитируемого сигнала (13), ручки регулировки масштаба его отображения на экране (14, 15) и кнопка запуска имитации (25), а блок питания (24) соединен со всеми другими блоками имитатора.
Функционирование имитатора сигналов с задаваемым спектром заключается в следующем:
1) нажатием кнопки включения питания на панели управления имитатор активируется, питание подается на все составные части (блоки) имитатора, свечение индикатора исправности, имеющегося на панели имитатора, зеленым цветом сигнализирует о его исправности;
2) с помощью ручек плавной регулировки и соответствующих индикаторов (на которых отображают текущие значения) задают требуемые значения мощности имитируемого сигнала в очень низкочастотном, низкочастотном и высокочастотном спектральном диапазонах, а также длительность имитируемого сигнала. С помощью тумблера включения/выключения генератора шума на панели управления указывают необходимость учета в имитируемом сигнале равномерного шума, имитирующего погрешности регистрации сигнала. По завершении задания исходных данных нажимают кнопку «Старт» на панели управления имитатора;
3) заданные значения мощности имитируемого сигнала в очень низкочастотном, низкочастотном и высокочастотном спектральном диапазонах передают в генератор спектральной плотности мощности, который формирует реалистичные функции спектральной плотности мощности в каждом из спектральных диапазонов;
4) спектральные плотности мощности с выхода генератора спектральной плотности мощности поступают в умножитель, в котором вычисляют адамарово произведение функций спектральной плотности мощности в каждом из спектральных диапазонов с вектором значений искажающей функции, поступающей на второй вход умножителя с выхода блока искажения формы спектральной плотности мощности;
5) сигнал с выхода умножителя передают на вход фазовращателя, обеспечивающего случайное распределение фаз в имитируемом сигнале, причем при каждой новой генерации имитируемый сигнал иметь одинаковую спектральную плотность мощности, но различный фазовый состав;
6) сигнал с выхода фазовращателя передают на вход сумматора, в котором выполняют его суммирование с сигналом, сформированным генератором шума (в том случае, если тумблер «Шум» на панели управления имитатора находится в положении «Вкл.»). Сигнал о положении тумблера поступает в генератор шума с панели управления. Если тумблер «Шум» на панели управления имитатора находится в положении «Вкл.», то на выходе генератора шума формируют последовательность случайных чисел из диапазона [0…1] с равномерным распределением вероятностей, а если положение тумблера «Выкл.», то сигнал на выходе генератора шума не формируется;
7) с выхода сумматора сигнал передают на вход квантователя, обеспечивающий формирование последовательности отсчетов имитируемого сигнала заданной длительности (ее значение поступает в квантователь с панели управления);
8) сигнал с выхода квантователя передают в выходной адаптер, обеспечивающий передачу его на вход устройства-потребителя. Этот же сигнал передают в панель управления для отображения на имеющемся в ее составе экране имитируемого сигнала (для визуального контроля результатов имитации). С помощью расположенных на панели управления имитатора ручек регулировки масштаба изображения на экране имитируемого сигнала регулируют масштаб отображения имитируемого сигнала по оси ординат (по амплитуде) и по оси абсцисс (по времени);
9) после передачи имитируемого сигнала на внешнее устройство нажимают кнопку включения питания на панели управления имитатора, в результате чего он отключается.
Таким образом, описанные элементы заявляемого имитатора сигналов с задаваемым спектром функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники. Поэтому, по мнению заявителей, заявляемый имитатор сигналов с задаваемым спектром представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу технических средств наладки (калибровки) аппаратуры автоматизированной обработки сигналов с задаваемым спектром.
Заявляемый имитатор сигналов с задаваемым спектром является промышленно применимым, поскольку может быть реализована предприятиями (организациями) промышленности при производстве стендов полунатурного моделирования и контрольно-измерительных устройств, предназначенных для наладки аппаратуры автоматизированной обработки сигналов в радиолокации, геофизике, медицине, астрономии, климатических, океанических и других исследованиях, связанных с анализом сигналов с задаваемым спектром.