Способ определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала

 

Изобретение может быть использовано для определения параметров полигармонического сигнала на фоне шума. Цель изобретения - повышение точности определения частот и амплитуд сигнала за счет уменьшения влияния шумов. Способ реализован в устройстве , содержащем аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, ключ 3, формирователь 4 временной задержки, оперативные запоминающие устройства 5, 6 и 7, блоки 8 и 9 корреляционной обработки, блоки 10, 11 и 12 быстрого преобразования урье, извлечения квадратного корня и индикации соответственно . Преобразование исследуемого сигнала выполняют с временной задержкой не менее максимального интервала коррекции шума, проводят его дополнительное автокорреляционно преобразование, и по соответствующему данной частоте значению преобразования Фурье определяют частоту и амплитуду гармонических составляющих . 2 ил. а $ С

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ . РЕСПУБЛИК (l9) SU (ll> 1 (51)5 G 01 Н 23 16 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTQPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHSIM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4461638/21 (22) 18,07,88 (46) 07, 01. 91 . Нюл. Р 1 (71) Конструкторское бюро "Шторм" при Киевском политехническом институте им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) R.M.Kàðïà, Н.R.Нагаец и В,Д.Циделко (53) 621.317.757 (088.8) (56) Серебренников М.Г. и др. Выявление скрьггых периодичностей. — И.:

Наука, 1965 с. 116 — 119. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН1!Я "!АСТОТ И

АИНЛ!!ТУЛ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯ!О-!

1!ИХ ПОЛИГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (57) Изобретение может бьггь использовано для определения параметров полигармонического сигнала на фоне шума. Цель изобретения †. повышение точности определения частот и амплитуд сигнала "-а счет уменьшения влияния шумов. Способ реализован в уст- ройстве, содержащем аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, ключ 3, формирователь 4 временной задержки, оперативные запоминающие устройства

5, 6 и 7, блоки 8 и 9 корреляционной обработки, блоки 10, !1 и 12 быстрого преобразования Фурье, извлечения квадратного корня н индикации соответственно..Преобразование исследуемого сигнала выполняют с временной задержкой не менее максимального интервала корреляции шума, проводят его дополнительное автокорреляционное преобразование, и по соответствующему данной частоте значению преобразования Фурье определяют частоту и амплитуду гармонических составляю щих. 2 ил.

1á19191

Изобретение- относится к измери« тельной технике и предназначено для определения параметров полигармонического сигнала на фоне шума.

Цель изобретения — повышение точности определения частот и амплитуд сигнала за,счет уменьшения влияния . шумов.

Сущность способа определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала заключается в формировании двух промежуточных сигналов и последующем вычислении спектра исследуемого сигнала, по положениям и значениям максимумов которого измеряют соответственно частоты и амплитуды гармонических составляющих..Первый промежуточный сигнал получают в виде автокорреляционной функций исследуемого сигнала, но значения этой корреляционной функции для временных задержек от нуля до значения, равного .максимальному интервалу корреляции шума, не измеряют. Тем самым, теоретически полностью исключается влияние шума на последующие преобразования сигнала, если автокорреляционная функция шума является затухающей. Второй промежуточный сигнал получают в виде антокорреляционной функции первого промежуточного сигнала

Спектр исследуемого сигнала .на каждой из частот определяют как корень квадратный из соответствующего данной частоте значения преобразования

Фурье второго промежуточного сигнала.

На фиг.1 приведены временные диаграммы сигналов, поясняющие предлагаемый способ; на фиг.2 — схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Исследуемый сигнал y(t ) - (фиг ° 1) является суммой гармонического сиг нала x(t) и шума Я(г). Известно,,что, если сигнал не коррелирован с шумом, то автокорреляционная функция

R+(б ) суммарного сигнала y(t) = х(г) +Я(г) является суммой автокорреляционных функций сигнала. R (ь,:) и шума К,(9, ), что и показано на соответствующей временной диаграмме фиг. 1. Чтобы исключить влияние шума на последующие преобразова.ния сигнала, необходимо в следующем преобразовании исключить те значения автокорреляционной функции иследуемого сигнала, в которых значе корр иИ ной фун пии R % (9, ) гармонического сигнала х(с) суммируются с ненулевыми значениями автокорреляционной йункции й,(Ф< ) шума (штраух-пунктир на временной диаграмме R,(ь,, фиг. 1) . Именно введение и временной задержки, равной максиФФ мальному интервалу корреляции шума при измерении первого промежуточного сигнала К (Ф, ), позволяет исключить влияние шума на последующие преобразования сигнала, хотя с другой стороны исключает возможность измерения спектра. исследуемого сигнала через преобразование Фурье первого промежуточного сигнала R (üII ). Fax как автокорреляционная функция полигармонического сигнала в шуме -после инл

2() тервала ь является асимптотически полигармонической функцией с гармоническими составляющими тех же частот, что у сигнала, то возможно повторное измерение автокорреляцион25 ной функции, т.е. получают второй промежуточный сигнал R (), который является автс:корреляционной функцией первого промежуточного сигнала, причем R+ (u ) также является асимптотиgg чески полигармонической функцией с гармоническими составляющими тех же частот, что у сигнала.R () и

9 л

Ц л

R (<() отличаются лишь тем что их

У гармонические составляющие входят

З5 в сумму с разными множителями при них. Поэтому при вычислении спектра исследуемого сигнала и з з нач ения преобразования Фурье К "(< ) на данЪ л ной частоте извлекается квадратный

40 корень.

Предлагаемый способ может применяться для определения частот и амплитуд гармонических составляющих в шуме только полигармонического

41 сигнала. Это объясняется тем, что автокорреляционная функция является полигармонической только для полигармонического сигнала, и поэтому возможно .именно то ее дополнительное преобразование, которое быпо рассмотрено. Кроме того, автокорреляционная функция шума должна быть затухающей, и иум не должен быть коррелирован с полигармоническим сигналом. Данное требование выпол-. няется в подавляющем большинстве практических случаев. Априори необходимо знать или заранее определить максимальный интервал корреляции aIy5

161919 ма co . По если значение С„заранее неизвестно, то можно принять его большим некоторого разумного предела, который по практическим соображениям не может быть меньше с (например, л

y Q f ", где Qf. — разрешающая способность измерительного прибора по частоте).

Устройство (фиг.2) содержит анало- 10 го-цифровые преобразователи (АЦП)

1 и 2, ключ 3, формирователь 4 вреI менной задержки, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 5 — 7, идентичные блоки 8 и 9 корреляционной обработки, блок 10 быстрого преобразования Фурье, блок 11 извлечения квадратного корня и блок 1? индикации г

Уст ройс т во р а бота ет сл едующнм 20 образом.

Исследуемый сигнал поступает на вход устройства и преобразуется в цифровую форму с помощью АПП 1 H 2.

С выхода АИП 1 сигнал непосредствен- 25 но записывается в ОЗУ 5, а с.выхода АЦП 2 на вход ОЗУ 6 тот же сигнал пОступяет с задержкой lo = Ipto gе у

- n л . где m iä =Со/ с, h, t — интервал дискретизации ь Блок 8 корреляционной 30 обработки последовательно для всех л (. из диапазона юс Ьс ь,с- И.ас л л вычисляет соответствующее значение оценки автокорреляционной функции

1 на выходе ОЗУ 6, М вЂ” размер ОЗУ 7).

По окончании выполнения агоритма результат записывается в соответствующую ячейку ОЗУ 7.

Таким образом, в ОЗУ 7 формиру- 4О ется первый промежуточный сигнал ю Ф Ц

К f (ь1). С выхода ОЗУ 7 первый промежуточный сигнал поступает на второй блок 9 корреляционной обработки, на выходе которого формируется второй 45

6 промежуточный сигнал % Ъ (Ф ). Вто- и рой промежуточный сигнал поступает на блок 10 преобразования Фурье, который формируег сигнал в виде последовательности значений преобразования Фурье второго промежуточного сигнала, из которого извлекается квадратный корень в блоке 11 извлечения квадратного корня. Блок индикации обеспечивает отображение значений полученного спектра исследуемого сигнала в графическом режиме íà ог.— циллографической трубке, а также отображение значений частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала по положению маркера на графике спектра.

Таким образом, эа счет использования второго автокорреляционного преобразования преобразование Фурье этого сигнала не содержит спектра шума, что и поэв;.ляет повысить точность определения частот и амплитуд сигнала.

Формула изобретения

Способ определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала, основанный на автокорреляционном преобразовании исследуемого сигнала и преобразовании Фурье, с> т,л и ч а ю шийся тем, ч о, с целью повышения точности определения, алтокорреляцианное преобразование сигнала выполняют с временной задержкой не менее максимального интервала корреляции шума, осуществляют дополнительное автокорреляционное преобразование сигнала и по соответствующему данной частоте значению преобразования Фурье определяют частоту и амплитуду гармонических составляющих.

1619191

Я (g) Составитель А.Орлов

Редактор И.Горная Тепрел M,Äèäûê

Корректор С. Шекиар

Заказ 44 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нри ГКИТ СССР

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

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