СПОСОБ ОЦЕНКИ СРЕДНЕЙ ЧАСТОТЫ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ДОПЛЕРОВСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для оперативного измерения средней частоты по критерию центра тяжести энергетического спектра (спектра мощности) радиотехнических сигналов, получаемых на выходе доплеровских измерительных систем в задачах автоматического сопровождения быстроманеврирующих целей.

Известен способ оценки средней частоты по абсциссе центра тяжести энергетического спектра сигнала [1] путем вычисления энергетического спектра E(ω) и его первого момента в частотной области:
,
Здесь
- энергетический спектр сигнала;
- спектральная плотность амплитуды сигнала x(t) на интервале наблюдения [O-T].

Этот способ реализуется аппаратно-программным методом с использованием алгоритмов дискретного и быстрого преобразования Фурье [1].

Известен способ оценки средней частоты спектра (квазичастоты) стационарных случайных процессов во временной области по числу положительных переходов сигнала через нулевой уровень за единицу времени. При нормальном законе распределения мгновенных значений сигнала квазичастота ω*0

определяется выражением [2]:

где
G(ω) - спектральная плотность мощности стационарного процесса;
- средняя мощность (дисперсия) процесса.

Такая процедура эквивалентна оценке
.

Отметим, что оценка (2) всегда завышена в сравнении с (1), т.е. ω*0

> ω₀. Это отличие тем больше, чем шире спектр сигнала. Указанный способ реализован в электронно-счетных частотомерах.

Недостатком первого способа является высокие требования к скорости и объему вычислений при спектральной обработке в частотной области.

Недостатком второго способа является значительная погрешность оценки центра тяжести спектра мощности для широкополосных сигналов.

Целью изобретения является повышение скорости и точности оценки энергетического центра тяжести спектра сигнала по критерию (1).

Поставленная цель достигается путем использования дробного дифференцирования сигнала с порядком a=1/2 и последующей обработки в реальном масштабе времени.

Заметим, что числитель и знаменатель в выражении (1) могут рассматриваться как нормы некоторых спектральных функций, которые по теореме Парсеваля [3] могут быть преобразованы в соответствующие временные нормы и вычислены во временной области:
.

Аналогично:

Здесь
D^1/2 - оператор дробного дифференцирования, имеющий в спектральной области изображение и представляющий некоторый линейный стационарный оператор во временной области [4]:
.

Известно [2] , что квадрат нормы сигнала численно равен его энергии, выделяемой на единичном сопротивлении.

Способ обработки, позволяющий оценить среднюю частоту широкополосных доплеровских сигналов, состоит в следующем.

По мере поступления исследуемого сигнала вычисляется его производная порядка 1/2 и формируется квадрат ее нормы (энергия) . Одновременно формируется квадрат нормы исследуемого сигнала . Поскольку квадрат нормы сигнала определяет его энергию, в качестве оценки средней частоты используется отношение E1/E2 энергий сигналов - исходного (E2) и полученного путем дробного дифференцирования (E1):
.

При условии квазистационарности сигнала можно продолжать его обработку за пределами интервала наблюдения T, определяемого первоначально заданной точностью оценки ω₀, что приведет к ее последующему уточнению.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить оценку средней частоты широкополосных доплеровских сигналов по критерию (1) непосредственно после окончания интервала наблюдения и уточнить эту оценку при возможности увеличения этого интервала.

Источники информации:
1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы.- М.: Радио и связь, 1977.

2. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы.- М.: Высшая школа, 1988.

3. Френкс Л. Теория сигналов (пер. с англ.). -М.: Советское радио, 1974.

4. Самко С.Г., Килбас А.А., Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. -Минск: Наука и техника, 1987.

Использование: для оперативного измерения средней частоты по критерию центра тяжести спектра мощности радиотехнических сигналов, получаемых на выходе доплеровских измерительных систем в задачах автоматического сопровождения быстроманеврирующих целей в области радиотехники. Сущность изобретения: способ оценки средней частоты широкополосных доплеровских сигналов заключается в том, что формируют отношение первой величины исследуемого сигнала к второй величине исследуемого сигнала, отличающийся тем, что первую величину исследуемого сигнала формируют путем вычисления его производной порядка 1/2 и формирования квадрата ее нормы, а вторую величину исследуемого сигнала формируют как квадрат его нормы, определяющей его энергию. Технический результат заключается в повышении скорости и точности оценки энергетического центра тяжести спектра сигнала.

Способ оценки средней частоты широкополосных доплеровских сигналов, заключающийся в том, что формируют отношение первой величины исследуемого сигнала к второй величине исследуемого сигнала, отличающийся тем, что первую величину исследуемого сигнала формируют путем вычисления его производной порядка 1/2 и формирования квадрата ее нормы, а вторую величину исследуемого сигнала формируют как квадрат его нормы, определяющей его энергию.