Способ быстрого спектрального анализа широкополосных процессов

 

Изобретение относится к технике электрорадиоизмерений и быстрого спектрального анализа случайных процессов в широкой полосе частот. Цель изобретения - повышение быстродействия анализа - достигается рядом определенных операций и соотношений, приведенных в формуле изобретения . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 и 23/16 если К- четное число и

0,5

ВК(Ь)=

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4667135/21 (22) 06.01.89 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 (71) Научно-исследовательский инСтитут авиационного оборудования (72) Г.А.Погосов, H.Ш,Хайкин и С,Н.Хайкин (53) 621.317.757 (088.8) (54) Грибанов !О,И., Мальков В.Л. Спектральный анализ случайных процессов. M.:

Энергия, 1974. с. 107-108, 199-202.

Изобретение относится к области элек- .. трорадиоиэмерений и быстрого спектрального анализа случайных процессов в широкой полосе частот.

Целью изобретения является повышение быстродействия анализа.

Суть способа заключается в том, что визвестном способе, спектрального анализа, при котором используютдискретные преобразования Фурье (ДПФ) оценки корреляционной функции наблюдаемого процесса,, исследуемый частотный диапазаон jfmI„,fm „), fmln>0 разбивают частотными фильтрами на ! поддиапазонов (1нь 4!) i=1...!, выбирают время дискретизации в каждом поддиапазоне Ьт-=1/2(f>i-f>i) и вычисляют в каждом канале m значений спектральной плотности мощности, границы поддиапазонов выбирают из соотношений f )/(1в!-1н!)=К 4i+1=fsl, f i-fmi> f>i=fm><, i=1...i, где К вЂ” любое натуральное число, оценки корреляционной функции Кх=(Ь hz;), h=0 ... m получают парал- . лельно во всех каналах, ДПФ и вычисление оценок спектральной плотности мощности

G>(f>i+n ht!),=ï = 1... m,на m дискретных Частотах производят отдельно в каждом i-том

„„. Ж„„1755211 А1

2 (54) СПОСОБ БЫСТРОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ШИРОКОПОЛОСНЫХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к технике электрорадиоизмерений и быстрого спектрального анализа случайных процессов в широкой полосе частот. Цель изобретения— повышение быстродействия анализа — достигается рядом определенных операций и соотношений, приведенных в формуле изобретения, 1 ил. из каналов, причем разрешающая способность анализа М= (!в!- н!)/г!!. = 6Х1"

К+1, а ДПФ в каждом i-том из каналов производит путем суммирования оценок корреляционной функции К (ЬЛ ti}, с весовыми коэффициентами By(h) не зависящими от номера поддиапазона i и равными

05 =0, Bg(h)=

cos — h=1 ... m лМ (-1} ° cps, h=1 ... m (2) аппп

Al если K — нечетное число и умножением полученной суммы на 4Ьt!

Если исследуемый процесс ограничен частотами (fH f8) такими, что fí/(fâ-4} равно целому числу и время дискретизации

Ж-1/2(f>-f>), то "спектральное окно" усе1 )!i! 211.ченной оценки спектральной г)лотнос)и мощности

sin (2m + 1m fh t рплfЛt 5

I имеет в заданном диапазоне только один главный максимум, и погрешности многократного наложения высокочастотных составляющих отсутствуют, поэтому при 10 наличии входных фильтров с достаточно прямоугольной частотной характеристикой оценку спектральной плотности мощности фильтрованной реализации в и — точке бх(тн+и Ж), п=1 ... m м(.кно считать оценкой 15 спектральной плотности мощности входного процесса на частоте 1,+и Af, hf=(fe — 1н)/т

Формулу для оценки спектральной плотности Qx(f) в этом случае можно преобразовать к виду 20

6х(тн+пЛ f)=4 Л t(0,5Кх(0)+ ,л

+,, Kx(hA t)cos(fp+ AA )2 т hA1) (4) 25

h=1 с учетом того. что Лт= 1/2(fe fa),Л f= (fe

-1н)/m и fH/(fe fH)=Ê, следует

6х(н+и Л f)=4 t(0,5Кх(0)+

+ g Kx(hh t)(-1) I.os ), (5) откуда и вытекают выражения для весовых коэффиЦиентов (1) и (2)

Иэ приведенных рассуждений и вида формул (4), (5) можно сделать вывод о том, что каков бы ни был номер поддиапазона I, )=1 „!, если границы поддиапазонов выбраны иэ соотношений f)I/(feI f) I)=K; н(+1= е), I=1 ... I, где К вЂ” любое натуральное число

И Лt)=1/2(тв) — н(), тО дЛя ПОЛУЧЕНИЯ ОЦЕНОК 45 спектральной плотности мощности в m дисКрЕтНЫХ тОЧКаХ С ШаГОМ Л fI=(feI — f)1)/m В ЛЮбом из каналов требуется устройство ДПФ с одним и тем же набором значений функции (-1)" сов(л пй/и)) . 0

6х(Гн)+и Afl)=4 ht((0,5 Кх (0) +

)(хМи)(-()" сов 1 (6)

I--1 ... п=1 ... fA ! где Кх () — оценка корреляционной функции, полученная в I-м канале.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующая способ быстрого спектрального анализа широкополосных процессов.

Устройство содержит четыре канала анализа 1, в каждый иэ которых входят последовательно соединенные входной фильтр 2, мультикоррелометр 3 на шесть значений мультикорреляционной функции, коммутатор 4, резисторный делитель 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, цифровой перемножитель 7 и накапливающий сумматор 8, выходы всех каналов соединены со входами блока потребления информации 9, в состав которого входит оперативно запоминающее устройство (03Y) 10, а также блок управления 11, содержащий генератор тактовых импульсов 12, счетчик-делитель на шесть 13, два счетчика

14, 15, два ОЗУ 16, 17.

Устройство работает следующим образом, С генераторов тактовых импульсов (ГТИ) 12 на счетчики 13-15, последовательно поступают импульсы, С приходом очередного импульса на выходе счетчика 13 устанавливается цифровой код, который поступает одновременно на управляющие входы коммутаторов 4 каждого из каналов, вызывая подключение к выходу каждого канального коммутатора 4 одного из выходов канального мультикоррелометра 3. С выхода коммутатора 4 через делитель 5 напряжение поступает на АЦП 6, с которого в цифровом виде поступает на один из входов перемножителя 7. Упомянутый тактовый импульс поступает на образующие восьмиразрядный счетчик счетчики 14 и 15. Выходной код с этих счетчиков поступает на адресные входы ОЗУ 16, 17, образующие устройство памяти (e него до начала работы записаны значения весовых коэффициентов Bgh)= (-1) cos -, h=0 „, 5, п=1 ... 5, К=1, m=5), С выходов ОЗУ 16, 17 одновременно на входы канальных умножителей 7 каждого из каналов поступает Цифровой код весового коэффициента By(h), соответствующего текущим значениям и и h

Таким образом, на двух входах перемножителя 7 каждого иэ каналов одновременно появляются цифровые значения оценки корреляционной функции K(hA tI) и весового коэффициента By(h) соответственно текущим значениям и и h. Результат перемножения поступает в цифровой накапливающий сумматор 8. Описанная процедура производит" я шесть раэ для каждого и, после чего на выходе сумматора 8

17УЪ211 диэпэзоне чэсто1 (мин, f awl рээдепяют чй"

cl 0Tными фильтрами íà I сигналов в поддиэпазонах (1„ь fei). 1=! ... I, границы которых находят иэ соотношений

= K, н1=- мин, fei=fn(i+i);

fel fí1

fel=f a c, l=1, ., l, h=O

0,5

By,(Ì n)= (-1)" сов h-1 „..m

anh

n=1,...m, и затем суммируют, а полученные суммарные напряжения во всех I-1 ... I каналах еще раз взвешивают с коэффициентом 4 Ati. пропорциональным оценкам спектральной плотности Ох(1н(+ Лл h и), п-1 ... m.

Составитель А.Орлов

Техред М.Моргентал

Редактор Н.Горват

Корректор Т.Палий

Заказ 2890 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 кэждо о из каналов I. I ... 4 появляется оценка спектральной плотности 6(Г с 4"л At<)

Под действием импульса, поступающего со счетчика-делителя на шесть 13, указанные оценки спектральной плотности - 5 одновременно со всех каналов 1=1 ... 4, ээписываются в блок потребления информации 9, где каждому каналу соответствуют свои ОЗУ 10, После этого с ГТИ 12 на канальные сум- 10 маторы 8 всех каналов поступает обнуляющий импульс, и весь описанный процесс повторяется для следующего значения и.

После повторения процедуры для всех n=1 ... 5, в блоке потребления информации 9 15 оказываются все! m = 20 значений спектральной плотности, Формула изобретения

Способ быстрого спектрального анали- 20 за широкополосных процессов, при котором в виде электрических сигналов определяют оценку корреляционной функции процесса K,(h Лt) в я+1 точках h=0, 1, ... m и с помощью дискретного преобраэо- 25 вания Фурье оценок корреляционной функции К,(Ь,Й) определяют оценки спектральной плотности мощности G>,(f) в m точкак частоты, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия анэ- 30 лиза, исходный сигнал в исследуемом (где К вЂ” любое натуральное число), параллельное все I фильтрованных сигналов диск ретиэируют с временами Ates=1/2(т -1н );

i=1, „. I и определяют для них оценки корреляционной функции Кх(Ы ti) (где h=0,1 ... m) параллельно во всех 1=1 ... каналах, полученные сигналы взвешивают с коэффициентами By(h hn), не зависящими от номера канала, равными