Способ цифрового спектрального анализа

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для выявления регулярных составляющих сигнала на фоне шумового сигнала и измерения его частоты и амплитуды. Цель изобретения - повышение точности измерения амплитуды и частоты гармонических составляющих сигнала . Эта цель достигается определением посредством последовательной фильтрации амплитуды и частоты гармонической составляющей на выходе последнего фильтра, выделением из сигнала на выходе предпоследнего уже известной гармонической составляющей , определенной на выходе последнего фильтра, и определением амплитуды и частоты следующей гармонической компоненты. Далее из сигнала на выходе второго от конца фильтра выделяют известные гармонические компоненты, определенные на выходах последнего и предпоследнего фильтров, и определяют амплитуду и частоту очередной гармонической компоненты, аналогично выделяя из сигналов на выходах каждого из последовательно соединенных фильтров определенные ранее гармонические компоненты. 2 ил, сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4683395/21 (22) 25.04.89 (46) 30.12.91. Бюл. N 48 (72) О.П. Жданов, Ф.А. Шаймарданов и В,И.

Шаталов (53) 621.317.757(088.8) (56) Высоцкий Ф.Б. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах. — М„1984, с.155. (54) СПОСОБ ЦИФРОВОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для выявления регулярных составляющих сигнала на фоне шумового сигнала и измерения его частоты и амплитуды. Цель изобретения — повышение точности измерения амплитуды и частоты гармонических составляющих сигИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для выявления регулярных составляющих сигнала на фоне шумового сигнала и измерения его частоты и амплитуды.

Целью изобретения является повышение точности измерения амплитуды и частоты гармонических составляющих сигнала путем уменьшения шума квантования (округления).

Эта цель достигается за счет использования низкодобротных цифровых фильтров и предложенного метода обработки сигналов на выходах фильтров.

Сущность изобретения заключается в выборе характеристик последовательно со„„Я2„„1702323 А1 нала. Эта цель достигается определением посредством последовательной фильтрации амплитуды и частоты гармонической составляющей на выходе последнего фильтра, выделением из сигнала на выхбде предпоследнего уже известной гармонической составляющей, определенной на выходе последнего фильтра, и определением амплитуды и частоты Следующей гармонической компоненты. Далее из сигнала на выходе второго от конца фильтра выделяют известные гармонические компоненты, определенные на выходах последнего и предпоследнего фильтров, и определяют амплитуду и частоту очередной гармонической компоненты, аналогично выделяя из сигналов на выходах каждого из последовательно соединенных фильтров определенные ранее гармонические компоненты. 2 ил, Ъ единенных цифровых фильтров таким об- 4 разом, чтобы частотная характеристика С) первого фильтра перекрывала весь анали- ) зируемый частотный диапазон, эквивалент- (Ъ ная частотная характеристика на выходе последнего фильтра имела ширину, равную

Л, которая определяет разрешающую способность анализатора, а величины соседних . эквивалентных частотных характеристик от- .1 личались одна от другой на величину Л; полюса всех низкодобротных фильтров и устанавливают на центральной частоте диапазона и определение параметров гармонических составляющих осуществляют с учетом параметров гармонических составляющих, измеренных на предыдущих этапах на выходе каждого фильтра.

1702323

На фиг,1 изображена структурная схема устройства, реализующего данный способ; на фиг.2 — частотная характеристика, поясняющая его работу.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит N последовательно соединенных низкодобротных цифровых фильтров 1.1 — 1.N, коммутатор 2, счетчик 3, вычислитель 4 частоты (ВЧ), вычислитель 5 фазы (ВФ), вычислитель 6 амплитуды (ВА), блок 7 (ПЗУ), причем вход первого низкодобротного цифрового фильтра 1,1 является входом анализатора, а выходы последовательно соединенных низкодобротных фильтров 1.1 — 1.N соединены с входами коммутатора 2, управляющий вход которого соединен с выходом счетчика 3, а выход подключен к первым входам ВЧ 4, ВФ 5, ВА

6, выход ВЧ 4 поДключен к вторым входам

ВФ 5 и ВА 6, а также к первой группе адресных входов ПЗУ 7, выход ВФ 5 подключен к третьему входу ВА 6, к четвертому входу которого подключен выход блока 7 ПЗУ, вторая группа адресных входов которого соединена со счетчиком 3, Устройство работает следующим образом.

Входной анализируемый сигнал, представляющий собой совокупность гармонических составляющих и шумового сигнала, поступает на вход первого низкодобротного цифрового фильтра 1,1, ширина частотной характеристики которого перекрывает весь исследуемый частотный диапазон, и фильтруется на N последовательно соединенных низкодобротных цифровых фильтрах. Частотные характеристики последующих низкодобротных фильтров 1.2 — 1,N выбирается так, чтобы получить эквивалентную частотную характеристику последовательно спединенных низкодобротных цифровых фильтров, представленную на фиг.2. Здесь самая широкая характеристика является частотной характеристикой первого ниэкодобротного фильтра 1,1, Характеристика II является эквивалентной частотной характеристикой последовательно соединенных первого и второго низкодббротных фильтров 1.1; 1.2. Соответственно самая узкая характеристика N является эквивалентной частотной характеристикой последовательно соединенных N низкодобротных цифровых фильтров, Эта характеристика, имеющая ширину Л, определяет заданную разрешающую способность анализатора, Каждая эквивалентная частотная характеристика отличается от соседней на величину

Л (фиг.2) 10

Сигналов с выходов каждого низкодобротного фильтра поступает на коммутатор 2, работой которого управляет счетчик 3 так, чтобы на выход коммутатора 2 последовательно проходили сигналы, начиная с выхода N-го ниэкодобротного фильтра, На первом этапе с коммутатора 2 проходит сигнал с выхода N-lo низкодобротного фильтра, который одновременно поступает на первые входы ВЧ 4, ВФ 5, ВА 6.

Определение частоты гармонической составляющей реализуется в ВЧ 4 по одному из известных алгоритмов вычислений, Код частоты с выхода ВЧ 4 поступает на первую группу адресных входов ПЗУ 7 для получения коэффициента затухания аи (вм) N-й эквивалентной частотной характеристики (фиг.2), код числа N которого поступает на вторые адресные входы ПЗУ 7 с выхода счетчика 3, Код частоты с выхода ВЧ

4 также поступает на второй вход ВФ 5, на первый вход которого поступает сигнал с выхода коммутатора 2 для вычисления рцфазы гармонической составляющей, которое реализуется в ВФ 5.

Код фазы с выхода ВФ 5 поступает на третий вход ВА 6, на первый и второй входы которого подаются соответственно сигнал с выхода коммутатора 2 и код частоты с выхода ВЧ 4, а на четвертый вход подается код коэффициента aN (аа) для вычисления амплитуды с учетом известных вн, рч, aN (ащ),, где он =2 л 1й/1д, Я-частота дискретизации, которое реализуется в ВА 6.

На этом первый этап вычислений заканчивается.

На втором этапе по сигналу с выхода счетчика 3 на выход коммутатора 2 поступает сигнал с выхода фильтра 1.(N-1).

Поскольку параметры Ад, ви, а,-> (и ) уже известны, аналогично определяют параметры ANè, вм-1. рп-1 с учетом коэффициента аи-1 (вп), который получают на выходе ПЗУ

7, Проводя аналогичные действия на последующих этапах, то есть последовательное подключение на выход коммутатора 2 сигналов с выходов соответствующих низкодобротных фильтров, последовательно определяют параметры всех гармоник.

Таким образом, данный способ позволяет существенно снизить ошибки при определении параметров гармонических составляющих, связанные с высоким шумом округления высокодобротных фильтров.

Формула изобретения

Способ цифрового спектрального анализа, заключающийся в том, что входной

1702323 дискретный сигнал последовательно фильтруют и по результатам фильтрации определяют амплитуду и частоту гармонических составляющих, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, определяют амплитуду и частоту гармонической составляющей на выходе последнего фильтра, из сигнала на выходе предпоследнего выделяют уже известную гармоническую составляющую, определенную на выходе последнего фильтра, и определяют амплитуду и частоту следующей гармонической компоненты, а далее из сигнала на выходе второго от конца фильтра выделяются извеСтные гармонические компоненты, определенные.на выходах послед5 него и предпоследнего фильтров, и определяют амплитуду и частоту очереДной гармонической компоненты, аналогично выделяя из сигналов на выходах каждого из последовательно соединенных фильтров

10 определенные ранее гармонические компоненты, определяют параметры всех гармонических составляющих.

1702323

Составитель А.Орлов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Редактор А,Маковская

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

Заказ 4541 . Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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