Способ нелинейной обработки сигналов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, технике связи, акустике, в кибернетике при автоматическом распознавании сигналов. Целью изобретения является повышение производительности измерений сигналов со сложной частотной структурой. Для этого анализируемый сигнал разделяют на частотные составляющие, размещаемые вдоль пространственной координаты на расстояниях, пропорциональных логарифмам значений их частот. Огибающие полученных частотных составляющих после оценки их уровня используют для измерения параметров структуры на участках, соответствующих координатам расположения амплитуд выделенных частотных составляющих сигнала. Практическая реализация предлагаемого способа подтвердила достижимость сокращения избыточности в описании отображения сигналов, отличающихся друг от друга частотным масштабом. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111

А1 (яп 4 G 01 R 23/16

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯЧ И.ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4239034/24-21 (22) 29.04.87 (*6) 30.11.89. Бюл. У 44 (72) А.П.Молчанов и Л.Н.Бабкина (53) 621. 317 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(594519, кл. G 01 R 23/16, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9 485565, кл. G 01 R 23/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР

Р 792172, кл. G 01 R 23!16, 1980. (54) СПОСОБ НКЛИНЕЙНОИ ОБРАБОТКИ.

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике.и может быть использовано в приборостроении, технике. связи, акустике, в кибернетике при автоматическом распознавании оигИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовайо в приборостроении, в технике связи, акустике, в кибернетике при автоматическом распознавании сигналов.

Цель изобретения — повьппение про» изводительности измерений сигналов со сложной частотной структурой.

По предлагаемому способу анализируемый сигнал разделяют на частотные составляющие, размещаемые вдоль пространственной координаты на расстоя.ниях, пропорциональных логарифмам значений их частот. Огибающие полученных частотных составляющих после

2 налов. Целью изобретения является повышение производительности измерений сигналов со сложной частотной структурой. Для этого анализируемый сигнал разделяют на частотные составляющие, размещаемые вдоль пространственной координаты на расстояниях, пропорциональных логарифмам значений их частот. Огибающие полученных частотных составляющих после оценки их уровня используют для измерения параметров структуры на участках, соответствующих коорцинатам расположения амплитуд выделенных частотных составляющих сигнала. Практическая реализацйя предлагаемого способа подтвердила достижимость сокращения избыточности в описании отображения сигналов, отличающихся друг от друга частотным масштабом. 1 ил. оценки их уровня используют для из- мерения параметров структуры на участках, соответствующих координатам расположения амплитуд выделеных частотных составляющих сигнала.

Для выявления характеристики получившейся неоднородной структуры применяется тактовый сигнал, поступающий из источника сигнала и распространяющийся вдоль структуры. Отклики структуры на тестовый сигнал существенно зависят от величины и мест расположения изменений ее параметров, вызванных частотными составляющими анализируемого сигнала. Частотный анализ откликов структуры на тесто1525610

Вф

I0 х =В-В, 15

x . D - В Lnf, 3 вйй сигнал представляет собой cosoкупиость компонент спектра,. значения частот и амплитуд которых используют ,в качестве отображения сигнала.

На чертеже изображено устройство,,реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 анализируемых сигналов,.источник 2 тестового .сигнала 6, линию 3 задержки (ЛЗ), одновременный анализатор 4 спектра (ОАС), детекторы 5.

Источники 1 и 2 сигнала включены последовательно между входами ЛЗ 3 и входами ОАС 4, выходы последних подсоединены через детекторы 5 к управляющим входам ЛЗ 3. Обрабатываемый сигнал подают от источника на вход

ОАС 4 через последовательно соеди ненный с ним вход ЛЗ 3. Параметры ,ОАС и ЛЗ выбраны так, что входное сопротивление 0АС в диапазоне анализиIpyeMoro сигнала является активным, а входное сопротивление ЛЗ существенно зависит от распределения неоднородностей волнового сопротивления вдоль ее длины.

На выходах ОАС основу которого составляет известный преобразователь частота - координата (ПЧК), формиру,ют напряжение в соответствии с частотной..структурой сигнала и пространственно-частотными характеристиками самого ОАС. Напряжения с выходов ОАС через детекторы 5 подают на управляющие входы ЛЗ; От значений напряже» ний, приложенных к управляющим вхо, дам ЛЗ, зависят величины погонных волновых сопротивлений соответствую, щих ее участков. Действием управляющих напряжений формируют в ЛЗ участки с резким изменением погонного волнового сопротивления, что соответственно сказывается на характеристике входного сопротивления получившейся неоднородной ЛЗ.

Пространственное. распределение неоднородностей вдоль ЛЗ отражает частотную. структуру сигнала с учетом его преобразований в ОАС. Так, если в ОАС используется известный ПЧК, то координата максимального отклика на тональный сигнал связана с его частотой логарифмической зависимостью, т.е. где D и  — постоянные величины, f - частота сигнала, вызыва- ющего максимальный отклик в т. х на ОАС.

Если сигнап,состоит из двух составляющих с частотами f,и f, то они вызывают максимальные отклики на ПЧК в т. х и х.отсюда разность, т.е. интервал между точками максимального возбуждения на

ОАС, пропорционален отношению частот компонент, составляющих сигнал.

Следовательно, сигнал с компонентами, частоты которых находятся в одинаковых отношениях характеризуются тем, что точки максимального возбуждения на ОАС при действии таких сигналов находятся друг от друга на одинаковом расстоянии.

Соответственно на ЛЗ неоднородности, возникающие вдоль нее при действии таких сигналов, также находятся друг от друга на одинаковом расстоянии. Следовательно, особенности частотной структуры сигналов оказываются отраженными в относительном расположении неоднородностей вдоль ЛЗ.

Причем, при данном типе ОАС все сигналы, компоненты которыхпо частоте находятся в одинаковомотношенни, характеризуются общим признаком, в именно неоднородности вдоль ЛЗ, возникающие .под действием управляющих сигналов с детекторов, располагаются друг от друга на одинаковом расстоянии. Для выявления характера расположения неоднородностей вдоль ЛЗ на ее вход подают импульсный тестовый сигнал, вызывающий в неоднородной ЛЗ собст- . венные колебания. Собственные частоты колебаний в ЛЗ с резкими нарушениями однородности определяются временем распространения волны между участками со скачкообразным изменением волнового сопротивления.

По предлагаемому способу на устройстве наряду с анализируемым сигналом тестового импульса в неоднородной ЛЗ возбуждаются собственные колебания, частоты которых отражают свойства частотной структуры анализируемых сигналов. Так как ЛЗ соединена последовательно с OAC и источником сигнала, то возникшие в ней

25610 введем тавляющих, т.е. х; = D — В 1п U; (б) а а — Z — = Уа

Зх 1 Зх где

5 15 колебания поступают в ОАС и вызывают на его выходах отклики, характерирующие частоту собственных колебаний ЛЗ. Тем самым выявление отличительных признаков в частотной структуре анализируемых сигналов по предлагаемому способу сводится к измерению собственных частот колебаний неоднородной ЛЗ с неоднородностями, управляемыми с выходов ОАС, обладающего заданными характериситиками пространственно-частотной селекции. При этом определение значений частот собственных колебаний ЛЗ может осуществляться как методом определения мес" тоположений максимумов на специально выделенном для этой цели участке

OAC так и с помощью отдельного измерительного анализатора, подключаемого параллельно ОАС, причем выходы такого дополнительного анализатора с ЛЗ не должны быть связаны. Распознавание сигналов (к ним относятся, например, аккорды одного типа независимо от тональности, гласные звуки независимо от высоты тока и т.п.) происходит по признаку появления собственных колебаний ЛЗ в заданном частотном участке. При этом выявление такого признака осуществляется в процессе действия сигнала на устройство и производится в реальном времени с автоматическим слежением за изменением структуры сигнала при передаче информации.

Процессы в ЛЗ записываются телеграфньпчи уравнениями где, Z=r+jcO L " погонный импенданс продольной ветви ЛЗ;

Y=g+j MC — полная погонная проводимость поперечной ветви ЛЗ в т. х;

u — входное напряжение

ОАС, g H C - Hp0BopBMoCTb и емкость в поперечном сечении ЛЗ в т. х

Я вЂ” круговая частота.

Полагая, что L — const, r - const, еО, получаем

) со С(х) (r+j Я Ь)0=0, (2)

3 и

1 аи йЗ

u (r+j со 1)6 дх

Уравнение для (имеет вид

3(. z. — + (r+j Ит.) f -j63C(x)0. (4)

Эх

Уравнение (4) является уравнением

Рикатти, решение которого может быть найдено для частных видов зависимос15 ти С(х). Предположим, что сигнал состоит из двух гармонических сосUñ -А s in Я, t+A s inta t.

Тогда его спектр может быть представлен в форме

Ф

Б(Я)= А;о (а — са;) где 3 (- Q; ) — дельта-функция.

Кроме того, будем считать, что в диапазоне частот анализируемого сигнала

30 входной импеданс ОАС значительно больше входного импеданса ЛЗ в этом случае можно записать U „ U . Указанное условие может быть выполнено с помощью выбора параметров ОАС и

ЛЗ. Коэффициент передачи OAC Н (jQ;x) характеризуется соотношениями

40 () 1 при X

О при хфх;, х — координата (номер фильтра), Я; — частота действующего сигнала, D, — постоянные, зависящие от параметров преобразователя частота — координата, входящего в качестве составной части в ОАС.

Анализатор, обладающий указанными свойствами, реализуется в виде сочетания известного ПЧК, с устройствами преобразования частотозависимых напряжений.

Тогда выражение для напряжений на выходах анализатора будет иметь вид

ОО ut ()(х)= (У)Н() Ы,х)е oLG3 )=

=A, g (х-х, ) +А 3 (х-х «) . (7) ем самым зависимость погонной волновой проводимости линии вадержки от координаты х будет иметь вид !

juc при х (х„ мА)

j QC,е при х =х,, 1

) сос, при х,а х х ()(? a . ЯС е при х=х, 15

j Qco при х х

1525610 противления от координаты может быть найдено методом разделения всей ЛЗ на однородные участки и сшивания решений

5 полученных на каждом из них на границах. Приближенная формула, описывающая входной импеданс ЛЗ, погонное волновое сопротивление которой резко уменьшается в точках с координатами х4 и х, имеет вид при условии Э

А, = А

Ео

Я =

1Ьс, Решение уравнения Риккати при ука,занном виде зависимости волнового со20

2ыА! ЯС -dÄ Е С ое „g со(с с ) <4 (асос. (Со+Со

Я вЂ” -(х-х ) ) о

ы" ю

Е е tg — -(х -х )

О () о

КЯ

f .с Я

С„(х -х,)

Способ нелинейной обработки сигналов, заключающийся в том, что спектр исходного сигнала разделяют на N частотных составляющих,,преобразуют частотную зависимость спектра в координатную согласно соотношению

50 х =1пЯ х=1 "N где Я вЂ” i-й частот) ный диапазон, о т л и ч а ю щ и йс я тем„ что, с целью повышения производительности обработки, погонную проводимость линии задержки в

i-й точке изменяют в соответствии с

i-й амплитуднойсоставляющей спектр возбуждающнмися тестовыми сигналами собственных колебаний является отобПолюса функции Z „ имеют много места там, где выполняется условие а Со оСА) 9

1 — — — — Z (е tg — -(х -х )=0 о о д (Э (о "о (10) При малой левой части решения полученного уравнения близки к значениям аргумента, в которых соблюдается соотношение где Š— собственные частоты ЛЗ, К=0,1,2...

В общем случае корни трансцедентного уравнения (10), определяющие частоты

f< собственных колебаний ЛЗ, могут

С4 быть получены графически или приближенными методами. Значения корней уравнения (10) определяются при прочих равных условиях разностью координат местоположений неоднородностей, а не их абсолютными значениями.

Из полученной формулы можно сде-. лать вывод о том,.что значения собственных частот неоднородной линии рассмотренным методом формирования неоднородностей зависит только от отношения частот компонент, составляющих сигнал и параметров линии L„ С г. Из соотношения (11) следует, что с помощью рассмотрениой блок-схемы реализуется основное свойство предлагаемого способа обработки сигналов, а именно — сигналы, состоящие из компонент, отношение значений частот которых одно и то же, отображаются одинаково.

Таким образом, практическая реализация предлагаемого способа обработки сигналов позволяет сократить избыточность в описании отображения сигналов, отличающихся друг от друга частотным масштабом.

Формула изобретения ражением исходного сигнала.

Составитель Е.Губанов Редактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор Э.Лончакова

Заказ 7219/40 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС(:P

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101