Способ измерения шума цифрового фильтра,осуществляющего @ - точечное дискретное преобразование фурье

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА, ОСУЩЕСТВЛЯМЦКГО N-ТОЧЕЧНОБ ДИСКРЕТНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ, заключающийся в пропускании через цифровой г ильтр синусоидального цифрового сигнала и измерении амплитуды сигнала на выходе цифрового фильтра, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и увеличения его точности, частоту синусоидального сигнала изменяют, устанавливая ее равной значениям, соотбетствующим нулям амплитудночастотной характеристики фильтров дискрет.ного преобразования Фурье, при этом производят отсчеты сигнала на выходе всех фильтров Фурье, характеристика которых имеет нули для данного значения частоты входного сигнала, позволяющие определить среднее и/или среднеквадратичное значение шума.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ШИММИ

РЕСПУБЛИК

O9l Of) 3(Я) С 01 R 29 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ, Г" 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2455419/18-21 (22) 21.06.82 (46) 15.07.84. Бюл. М - 26 (72) И.И.Горин и А.Б.Штер (53) 621.396.664 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 129749, кл . G 01 R 29/26, 1959.

2. Авторское свидетельство СССР

11 457940, кл. G 01 R 29/26, 28.05.73, 3. Голд Б., Рейдер И. Цифровая обработка сигналов. М., "Сов.радио", 1973. с. 141 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕГО

N-ТОЧЕЧНОЕ ДИСКРЕТНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

ФУРЬЕ, заключающийся в пропускании через цифровой фильтр синусоидального цифрового сигнала и измерении амплитуды сигнала на выходе цифрово*

ro фильтра, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и увеличения его точности, частоту синусоидального сигнала изменяют устанавливая ее равной значениям, соответствующим нулям амплитудночастотной характеристики фильтров дискретного преобразования Фурье, при этом производят отсчеты сигнала на выходе всех фильтров Фурье, характеристика которых имеет нули для данного значения частоты входного сигнала, позволяющие определить среднее и/илн среднеквадратичное значение шума.

1 11ОЗ

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к способам измерения среднего или среднеквадратичного значения шумов, и может быть использовано для определения шумов цифровых фильтров,.содержащее блоки дискретного преобразования Фурье, . широко применяемые при анализе сигналов в радиолокации, акустике и других областях техники исследования сигналов.

Известны способы измерения средне. квадратичного значения шумов четырехполюсников, заключающиеся в пропускании через него детерминированного сигнала, задержки сигналов с входа и выхода четырехполюсника и измерения отношения сигнал-шум по функции автокорреляции (1 g.

Недостатком известных способов является сложность при реализации применительно к цифровым фильтрам, содержащим блоки дескретного преобразования Фурье, в силу того, что подобные устройства имеют много выходов и сложности. выполнения широкодиапазонных блоков задержки дискретных сигналов и автокорреляторов.

Известен также способ измерения шумов четырехполюсников, заключаю30 щийся в пропускании через него сигнала эталонного шума и измерении логарифма отношений сигналов с входа и выхода четырехполюсника..f 2 7.

Однако данный способ также весьма сложен в реализации и требует исполь- З5 зования источника эталонного цифрового шума, что представляет сложную техническую задачу.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения среднеквадратичного значения шума цифровых фильтров, состоящий из операции пропускания синусоидального цифрового сигнала через два канала, в одном из которых сигнал делится в R-раз

45 и затем фильтруется, в другом сигнал вначале фильтруется и затем делится в R-раз, а полученные при этом сигналы вычитаются и по результатам вычитания определяют шумы цифрового фильтра 533.

Недостатками известного способа является то, что он сложен и обладает заметной методической погрешностью, поскольку операцию деления на необходимо выполнять в режиме сохранения всех значащих цифр. В про тивном случае (в режиме с фиксиро162 2 ванной запятой) возникают большие ошибки. Чем меньше динамический диапазон сигнала, обрабатываемого в цифровом фильтре, тем больше методическая погрешность, так как коэффициент деления сигнала К должен бьггь меньше. динамического диапазона.

Цель изобретения — упрощение способа измерения шумов цифрового фильтра и увеличение его точности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения шума цифрового фильтра, осуществляющему Ц -точечное дискретное преобразование Фурье, заключающемуся в пропускании через цифровой фильтр синусоидального цифрового сигнала н измерении амплитуды сигнала на выходе цифрового фильтра, частоту синусоидального сигнала изменяют, устанавливая ее равной значениям, соответствующим нулям амплитудночастотной характеристики фильтров дискретного преобразования Фурье, при этом производят отсчеты сигнала на выходе всех фильтров Фурье, характеристика которых имеет нули для данного значения частоты входного сигнала, позволяющие определить среднее и/или среднеквадратичное значение шума.

Существо изобретения основано на следующем принципе.

Частотная характеристика каждого из фильтров блока дискретного преобразования Фурье независимо от структуфы его реализации является периодической с частотой Рд дискретизации (или повторения) сигналов, причем на.интервале однозначности эта характеристика имеет М -нулей при

М-точечном преобразовании Фурье.

Частотная характеристика цифрового фильтра на выходе каждого из фильтров дискретного преобразования Фурье является результатом перемножения характеристики собственно предварительного цифрового фильтра специальной формы (реализующей, как правило, максимизацию отношения сигнал-шум или отбеливание входного шума и т.п.) и являющегося общим для всех фильтров дискретного преобразования Фурье, и характеристики данного с-ого канала (фильтра) дискретного преобразования Фурье, на выходе которого производятся измерения. Следовательно, нули частотной характеристики каждого из фильтров

1103162

3 дискретного преобразования Фурье остаются несмещенными. При бесконечной разрядной сетке входного сигнала, коэффициентов цифрового фильтра, операций над цифровым сиг5 налом, т.е. в идеальном фильтре, сигнал в точках, соответствующих нулям частoTной характеристики, должен отсутствовать. В практической реализации отсчитываемые на данных частотах нулей коэффициента передачи значения сигнала представляют собой значения цифрового шума, который есть результат ограниченной разрядной сетки коэффициентов фильтра, погрешности операций округления, неоптимальности структуры и т.д.

Таким образом, устанавливая амплитуду в пределах разрядной сетки устройства, а частоту входного сину20 соидального цифрового сигнала поочередно в точках, соответствующих нулям частотной характеристики фильт. ра и производя отсчеты на выходе каждого иэ фильтров дискретного преобразователя Фурье, получаем возможность определения среднего и сред неквадратичного значения шума по каждой реализации отсчетов, а также по всей совокупности реализации.

В целях уменьшения уровня боковых

30 лепестков основного фильтра в каждом канале дискретного преобразования Фурье широкое распространение

I получил метод весового суммирования (метод "окна") отсчетов входного сиг нала. При этом имеет место изменение ширины основного фильтра и изменение местоположения двух ближайших к максимуму нулей частотной характеристики. При использовании операции

40 взвешивания отсчетов входного сигнала отсчеты шума на выходе фильтра дискретного преобразования Фурье, соответствующие нулям главного лепестка фильтра, отбрасываются. Это позволяет избежать необходимости точной установки частоты цифрового генератора в области нулей основного лепестка фильтра. При большом числе

N„ порядка 16 и более, точность

50 оценки величины среднего и среднеквадратичного значения шума цифрового фильтра при этом падает незначительно, но сам способ измерения становится инвариантным к виду весовой функцйи (функции окна).

ВНИИПИ Заказ 49 73/34 тввввл ППП "Пвтевт1, т.

В случае малого количества точек

Фурье И (т.е. числа фильтров Фурье, располагаемых в диапазоне однозначности 0-Fg Гц) число отсчетов в реализации для каждого канала дискретного преобразования Фурье может быть легко увеличено измерениями для нескольких значений амплитуды входного сигнала.

На чертеже показана блок-схема устройства, реализующая предлагаемый способ.

Устройство состоит иэ последовательно соединенных генератора 1 цифрового синусоидального сигнала и цифрового фильтра 2, состоящего из последовательно соединенных предварительного цифрового фильтра 3 и блока 4 дискретного преобразования

Фурье, к выходам которого через кон- такты переключателя 5 подключен блок

6 измерения среднего и среднеквадратичного значений шума.

С целью обеспечения точного соответствия частот, устанавливаемых в генераторе 1 нулям характеристик фильтров дискретного преобразования

Фурье,,частота синхронизации, определяющая тактовые частоты работы генератора 1 и цифрового фильтра 2, поступает на них от общего источЮ „н <р

При реализации способа устанавли-. вают поочередно конкретное значение амплитуды А, и частоты f на выходе

1 генератора 1, и при помощи переключателя 5 производят отсчеты на выходе всех каналов дискретного преобразования Фурье, имеющих соответствие нулей своих частотных характеристик частотеf;..

Возможно также и для каждого положения переключателя 5 поочередно устанавливать частоту генератора 1 в нулях частотной характеристики каждого из каналов фильтров дискретного преобразования Фурье. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет предельно упростить как сам способ, так и устройство для определения среднего и среднеквадратичного значений шума цифровых фильтров, реализующих фильтрацию сигналов методом дискретног< преобразования Фурье.

Тупак 711 Попписн е

Ужгород, ул.Проектная, 0