Способ анализа спектра сигналов

 

Соиаз,Советсиик

Социвпистичесиин

Рес убпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iii834577 (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву ф (22) Заявлено 30. l 1.78 (2) ) 269 l434/l 8-21

«я ) м..кл ..

G Ol Р 23/l6 с присоединением заявки М

Гевударстванный квинтет

СССР (23) Приоритет

Опубликоваио 30.05.8l, Бюллетень рй20

1 (53) УДК 621. .317.757 (088.8) дв дамам иавйратений и втнритий

Дата опубликования описания 03.06.8l

Г. (72) Авторы изобретения

В. В. Губарев и B. Г. Кан

Новосибирский электротехнический институт (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ АНАЛИЗА СПЕКТРА СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для ойределения собственных и взаимных спектральных характеристик детерминированных и случайных сигналов.

Известны способы анализа основанные на периодической выборке мгновенных значений сигнала и весовом суммировании выборочных значений сигнала El).

Однако точность их анализа недостаточна, так как они:.. ао,".вопиет выделять .амплитуду и фазу гармоник периодических сигналов и находить оценки взаимных спектров.

Цель изобретения — повышение точности анализа.

Укаэанная цель достигается эа счет того, что в способе анализа спектра сигналов, основанном на периодической выборке мгновенных значений исследуемого 2В сигнала и весовом суммировании заданного числа выбираемых значений при перестройке частоты анализа путем изменения периода выборки, производят дополнительную периодическую выборку мгновенных значений исследуемого сигнала с тем же периодом выборки, но сдвинутым по отношению к исходной .выборке на отрезок времени, обратно пропорциональный учетверенной частоте анализа, раздельно суммируют с заданным весом полученные выборки, при этом период исходной и дополнительной выборок устанавливают кратным величине, обратно пропорциональной частоте анализа.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Оно содержит два идентичных канала, работающих синхронно и синфаэно для входных сигналов, каждый иэ которых

Состоит иэ дискретиэаторов l и 2, сумматоров 3 и 4, сдвиговых регистров 5 и 6, преобразователя 7 и синхронизатора 8.

Синхронизатор 8 настроен так, что на его выходе вырабатываются пары управляюп1их сигналов, второй нэ которых будет появляться после первого через ин15

30

55

3 83 тервал времени M= /ф =д/4 где — частота :, на которой осуществляется анализ спектра. Период ь сигналов устанавливается равным - /f или К/, гдеК 2— целое число.

На выходе 9 синхронизатора 8 вырабатывается серия управляющихся сщ налов, определяемая видом преобразований, необходимых характеристик по действительной и мнимой- составляющих оценок преобразования Фурье исследуемых сигналов.

Эти сигналы появляются после того, как с помощью сумматора просуммируется заданное число И выбираемых значений исследуемых сигналов в каждом сигнальном канале.

Число Я может задаваться либо из конструктивных соображений либо как целая часть отношения интервала времени Т, на котором анализируются исследуемые

1 сигналы, к периоду выборки е.. B свою очередь, T может определять из требований необходимого разрешения по часто-.. те или других требований по известным правилам.

Анализ спектра осуществляется следующим образом.

Перед началом анализа анализатор устанавливается в исходное состояние, при котором сумматоры 3 и 4, сдвиговые регистры 5 и 6, регистры цреобразователя 7 обнулены, синхронизатор 8 настроен так, что период следования перных управляющих сигналов на выходе 9 .. равен а . Значение коэффициента К выбирается, исходя из быстродействия элементов анализатора, интервала Т анализа сигнала, предельных или целесообразных значений числа Й суммируемых выборочных значений исследуемых сигналов. Если анализируемый сигнал узкополосный то коэффициент кратности К выбирается так, чтобы при заданном интервале анализа Т й= — ) gg, В простейшем случае - /f . Затем задается число Й . После этого анализатор готов к проведению анализа на частоте

Исследуемые сигналы Х(.Ц, М(1) подаются на вход своих дискретизаторов

1 и 2, запускается синхронизатор 8.

Момент появления первого упревлякяпего сигнале первой пары сигналов на выходе 10 синхронизатора 8 принимается за начало отсчета времени +=0 . После появления первого сигнала первой лары управляющих сигналов на выходе lO синхронизатора 8 дискретизеторы 1 и 2 осуществляют выборку мгновенных зна- ..

4577

Д чений.сигналов в момент времени t-0

Поскольку для Х(.Ь) иУ(Ц работа происходит аналогично, далее рассмотрим

ТОлькО сигнал х() Полученное выборочное значение Х (О) посредством сумматора 3 суммируется с заданным весом fig с содержимым второго каскада сдвигового регистра 5 (в данном случае оно равно нулю, так

10 как перед началом анализа регистр был обнулен) . Полученное значение суммы

Я(ф„„=ф 0Х(9) записывается в первый каскад регистре 5, содержимое которого (в данном случае нуль) переписывается во второй каскад.

Через интервал времени после первого сигнала на выходе 10 синхронизатора 8 появляется второй сигнал первой пары управляющих сигналов. Дискретизатор 1 вырабатывает первое выборочное значение х ч дополнительной периодической выборки. С умматор 3 получает сумму (. (Ь)=И<> X(p) выбранного знаl чения y,(ñð) с заданным весом Ф 0 и содержимого второго каскада регистра 5 (в данном случае нуль). Полученная сумма записывается в первый каскад регистре 5, из которого ранее полученная сумма К (д) переписывается во второй каскад. (X

Через интервал времени Х после первого сигнала первой пары управляющих сигналов не выходе 10 синхронизатора 8 появляется первый сигнал второй пары управляющих сигналов. Йискретизатор 1 вырабатывает второе выборочное значение Х(ф, производится его взвешенное (с весом bq ) суммирование со значением К., Х(2 ), содержащимся во втором каскаде регйстра „ запись полученного результата к 2х(= . х(д) ++. х(Юв первый каскад регистра и переписьТ Х(Ь) из. первого каскада регистра во второй.

Белее в момент времени t=D+p по второму сигналу второй пары управляющих сигналов на выходе l0 синхронизатора дискретизатор . 1 производит выборку значения )((Q + p ), которое с заданным весом *„ суммируется со значением нием Х,„(й) . Полученное на выходе сумматора 3 значение g®,(,у=1„„(Ь)+

Ф h (Л+p) записывается в первый каскад регистра 5, а его содержимое переписывается во второй каскад.

Указанные операции выполняются Н раз, в результате чего в первом каскаде регистра 5 будет значение суммыХцХ(Д ) а во втором каскаде — значение сум мы и Нх(4.

5 83457

Полученные значения у (ь) и Q„(h) принимаются за действительную и мнимую . составляюшие оценки преобразования

Фурье исследуемого сигнала X(4) на участке О,T)

Аналогично синхронно получаются Я >(h) и I- (д), так что через Я -l. периодов парной выборки сигнала g(4) во втором и первом каскадах регистра преобразователя 7 будут содержаться значения 10

< нм () >< .Г „(ь) .

После этого по управляюшим сигналам с синхронизатора 8 значения Р (й) и2 ()передаются в преобразователь 7, где по сигналам с выхода 9 синхро- . is низатора 8 производится их преобразование, необходимое для получения анализируемой спектральной характеристики. Например, если необходимо проана. -, лизировать на частоте g значение сцект- щ ра мошности или энергии G (u)) сигнала X(<) то в преобразователе 7 находится С х(а )

При анализе фазового спектра ф (u4 на частоте находится ф щМ) °

При анализе взаимных спектров Сх (л), сигналов X(+) и (Ь)в преобразователе находится опенка Сцу 0Ю) Весовые коэффициенты И„ ;И„ опреде-. ляются согласно требуемой весовой функции или из конструктивных соображений, например из условия наиболее дешевой реализации сумматора.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет анализировать собствен,ные и взаимные спектральные характе35 рис тики детерминированных и случайных сигналов, значительно расширив возможности способа — прототипа и обеспечивая при этом уменьшение дисперсии оценок спектральных плотностей. Его реализация в технических устройствах позволит в несколько раз уменьшить объем оборудования и повысить быстродействие по сравнению с устройствами, основанными на использовании преобразования Фурье, в частности быстрого преобразования Фурье, за счет устранения умножителей и генераторов опорных гармонических сигналов и выбора соот» ветствующего значения коэффициента кратности K.

Формула изобретения

Способ анализа спектра сигналов, основанный на периодической выборке мгновенных значений исследуемого сигнала и весовом суммировании задан ного числа выбираемых значений при перестройке частоты анализа путем изменения периода выборки, о т л и ч а юm и и с я тем, что, с целью повышения точности анализа, производят доцолнительную периодическую выборку мгновен, ных значений исследуемого сигнала. с тем же периодом выборки, но сдвинутым по отношению к исходной выборке на отрезок времени, обратно пропорциональный учетверенной частоте анализа, раздельно суммируют с заданным весом полученные выборки, при этом период исходной и дополнительной выборок устанавливают кратным величине, обратно пропорциональной частоте анализа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Мо 253193, кл. Ь OlR 23/16, 1969.

ВНИИПИ Заказ 409б/б9 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4