Анализатор спектра

 

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий фильтр нижних частот, умножитель , выход KOjroporo подключен ко входу блока усреднения, причем информационный вход фильтра нижних частот является информационным входом анализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности , в него введены вычитатель, делитель и масштабирующий умножитель, выход которого является информационным выходом анализатора и подключен ко входу задания коэффициентов фильт ра нижних частот, выход которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с информационным входом, фильтра, нижних частот и входом делителя, выход которого подключен ко второму входу вычитателя, причем выхЪд блока усреднения подключен ко входу масштабирующего умножителя.

СО1ОЭ COBETCHNX

РЕСПУ6ЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTkPbffMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К ABTOPGHOMY.СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1 (21 ) 3713799/24-24 (22) 26.03.84 (46) 30.08.85. Вюл. - 32 (72) И.И.Волков и В.К.Семенычев (71) Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева (53) 681.32 (088.8) (56) Галкин В.И. и др. Алгоритм и устройство для измерения центральной частоты узкополосного стационарного случайного сигнала. Kl Симпозиум:

Методы представления и аппаратурный анализ случайных процессов и полей.

Л., 1980, с. 75-78.

Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. M: Знергия, 1972, с. 244-246. (54)(57) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий фильтр нижних частот, умножи„„SU„„1176343

1 1 0 06 F 15/353, 15/332 тель, выход которого подключен ко входу блока усреднения, причем информационный вход фильтра нижних частот является информациониыч входом анализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, в него введены вычитатель, делитель и масштабирующий умножитель, выход которого является информационным выходом анализатора и подключен ко входу задания козффициентов фильт. ра нижних частот, выход которого под" ключен к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с информационным входом. фильтра нижних частот и входом делителя, выход которого подключен ко второму входу вычитателя, причем выхЬд блока усред" нения подключен ко входу масштабирующего умножителя.

1176343 изобретение относится к специализированным средствам. измерительной и вычислительйой техники и предназначено для анализа спектра стационарных случайных или детерминированных сигналов, представленных в аналоговой или дискретной формах. В задачах радио-гидролокации для оценки состояния механических систем, например при диагностике, ресурсных испытаниях, обращаются к оценке спектральной плотности мощности аналиэиру емого сигнала, Целью изобретения является увели-, чение точности анализа. спектра.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — его амплитудно-.частотная характеристика (АЧХ).

Анализатор содержит фильтр 1 нижних частот, делитель 2, вычитатель

3, умножитель 4, блок 5 усреднения масштабирующий умножитель 6, информационный выход..

Фильтр l имеет передаточную функцию 25 где С, — выбираются так, чтобы при помощи системы ортонормированных фильтров Лагерра обеспечить возможн( лучшее приближение АЧХ фильтра l к

2 идеалььой прямоугольной j Nz С (,)) по среднеквадратическому критерию

35

-Ы

2 где (MC)а - квадрат модуля передаточной функции фильтра 1, щ

Параметр одного фильтра Лагерра связан с верхней частотой Qo фильтРа 1 слеДУющим обРазом: Яо !!С 1фcPo где о выбирается также исходя из словйя малости о е Принципиально 45, - а у ", При Чо = 1,165 и следуют- о щем выборе С„ имеем погрешности приближения

С 1,165 3 = 0,257

С, = Or44I 8I = 0,152 50

С = -0,058 8„ = 0,149

С = -0,276 о = 0,108

С, -Ов251 4 = Ое074

С -0,093 8 = 0,068

Сь 0 072 8 = 0,066

С = 0,154 б = 0,054

С® = О, 129 S = 0,044

Сз = 0,034 8 = 0,043

Структура фильтра 1 и его АЧХ при данных значениях С„,N=5 представлены на чертеже (фиг.2). При

N = =1 имеем известный простейший фильтр нижних частот прототипа.

Приближая АЧХ фильтра 1 сколь угодно близко к прямоугольной, тем самым обеспечиваем асимптотическое приближение его импульсной характеристики h(f) L (M(p)) (I L — преобразование Лапласа) к виду h(c) =

= sin (до(3) /!(,, Анализатор работает следующим образом.

При подаче на вход стационарного центрированного случайного сигнала, Мо(<) на выходах фильтра 1 и делителя име(2з!!ъьо /, О ем, соответственно - "ьоо" 1 м л !! Ь о и P X (Я, где  — устанавливаемое в делителе 2 интересующее значение процента (доли) энергии анализируемого сигнала.

Параметр (, или Я, фильтра 1 при помощи умножителя 6 меняется до тех пор, пока оценка математичес. кого ожидания сигналов на выходе умножителя 4, формируемая блоком 5 усреднения, не станет равной нулю, т.е. где М вЂ” оператор математического ожидания.

Значение Ио в установившемся режиме применяется в качестве искомой оценки частоты, соответствующей той или иной процентной доли от энергии сигнала (по сути — квантиля спектральной плотности). В самом деле, частота Йо, соответствующая доли (проценту) Р от общей энергии анализируемого сигнала может быть определена следующим образом.

rPe 8 (4 ) — спектральная плотность

Х

O мощности анализируемого сигнала X (t,)

I ( ак как 5»(О)= ) Й (2)созе !! о

1176343

=„) R,ф() сов и а a rafa".o 0 имеем у.=$, 9 1, f155 фиа 2

Составитель А.Баранов

Редактор И.Ковальчук Техред Т.Фанта Корректор А.Обручар

Заказ 5363/49 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 то последнее соотнойение можно представить в виде

ФО

) ю, ) — „ )с. еЯ

2 Хт где В» (ь) — корреляционная функция. анализируемого сигнала.

С учетом того1 что Й„("ь)-M)X(4) x(t,2)

3„.ej; (1)), 4 мЦ2х(м х(а- ) „"„ Й )ъж(ц1

П Ь

s ° M(x(el()2x(t-г) „dÐ-px(t)))).0

Таким образом, действительно, значение параметра Q фипьтра 1 предлагаемого. анализатора в устащ новившемся режиме является оценкой частоты, отделяющей долю Р от всей энергии сигнала. Меняя значение /3 в блоке 2, например, 0,01; 0,5;

0,61 0 95 получаем частоты И 0 01, (д 0,5, са 0,6, m 0,95, соответствующие укаэанным долям от энергии сигнала.