Способ определения наличия в сигнале гармоник, длительность которых превышает установленное значение Российский патент 2024 года по МПК G01R23/16 G10L25/27 

Изобретение относится к области цифровой обработки речевых сигналов и может найти применение в устройствах связи.

Известен способ спектрального анализа электрических сигналов (патент РФ №243185, G01R 23/16), в котором анализируемый электрический сигнал подают одновременно на гребенку фильтров, настроенных на различные частоты и измеряют сигналы на выходах этих фильтров. Недостатком данного способа является сложность технической реализации и недостаточно высокая эффективность решения задачи распознавания типа акустических помех.

Известен способ спектрального анализа сигналов (патент РФ №2127888, G01R 23/16), в котором при дискретизации и квантовании сигнала создают последовательности дискретных значений сигнала с различными частотами следования отсчетов в каждой из них. При этом дискретные значения этих последовательностей фильтруют с помощью цифровых полосовых фильтров и цифровых фильтров нижних частот. Сигналы с выходов цифровых полосовых фильтров подвергают обработке, связанной с определением амплитудных значений, а на их основе и остальных информативных параметров полосовых сигналов. Но данный способ обладает недостаточно высокой эффективностью решения задачи распознавания типа акустических помех.

Известен способ спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами (Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения / под редакцией Е.И. Гольдштейна - Томск: Изд. «Печатная мануфактура», 2003, с.92-94). Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность решения задачи распознавания типа акустических помех.

Известен способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах (патент РФ №2498324, G01R 23/00). Недостатком способа является недостаточно высокая точность определения значений частот присутствующих в сигнале гармонических составляющих, и недостаточно высокая эффективность определения факта их наличия во входном сигнале.

Известен способ спектрального анализа сигналов (патент РФ 2730043, G01R23/16). Недостатком данного способа является недостаточно высокая эффективность решения задачи распознавания типа акустических помех.

Известен способ разделения речи и пауз, описанный в книге «Цифровая обработка речевых сигналов. // Л.Р. Рабинер, Р.В. Шафер. Перевод с английского под редакцией М.В. Назарова и Ю.Н. Прохорова. Москва, «Радио и связь», 1981», стр. 123-126. Недостатком данного способа является недостаточно высокая эффективность решения задачи распознавания типа акустических помех.

Известен способ разделения речи и пауз путем анализа значений фаз частотных составляющих шума и сигнала по патенту RU 2680735, G10L 21/0272, недостатком которого является недостаточно высокая эффективность решения задачи распознавания типа акустических помех.

Известен способ разделения речи и речеподобного шума путем анализа значений энергии и фаз частотных составляющих сигнала и шума, описанный в патенте RU 2700189, H04Q1/46, недостатком которого является недостаточно высокая эффективность решения задачи распознавания типа акустических помех.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ спектрального анализа многочастотных периодических сигналов с использованием компенсации комбинационных составляющих, описание которого приведено в патенте RU 2730043, G01R23/16, принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в следующем.

Последовательность опорных частот ω₁, ω₂, …, ω_i, …, ω_n, формируют, исходя из необходимой точности анализа спектра анализируемого сигнала. Например, путем формирования сетки частот по принципу задания расстояния между соседними частотами как какой-либо процент от предыдущего значения частоты, то есть

F_i= F_(i-1) (1+K_p/100), (4)

где: F_i, F_(i-1) - i-ое и (i-1)-ое значения частот соответственно;

K_p - коэффициент, определяющий увеличение значения опорной частоты от предыдущего значения частоты.

При этом: F₁= F_min;

F_n ≤ F_max.

Здесь F_min - минимальное значение частоты спектра сигнала,

F_max - максимальное значение частоты спектра сигнала,

n - число опорных частот, используемых при проведении спектрального анализа.

Аддитивную смесь периодических сигналов с различными частотами и помех умножают в блоках умножения, которые могут быть выполнены, например, в виде смесителей, на опорные сигналы.

Дальнейшую обработку осуществляют с использованием способа компенсации шумов преобразования - комбинационных составляющих, например, способом, описанном в патенте РФ № 2730043, G01R 23/16.

Для обработки одной частоты используют две линейки устройства. То есть, если используют k опорных частот, то число линеек равно

N=2*k.

Принятую аддитивную смесь сигнала и помехи подают на первые входы блоков умножения 1.1-1.n, на вторые входы которых подают соответствующие опорные сигналы, например,

U_оп1=sin(x₁);

U_оп2=cos(x₁).

….

U_оп(n-1)=sin(x_k);

U_опn=cos(x_k).

Результаты умножения сигнала и помехи на соответствующие опорные сигналы обрабатывают одинаково. Разветвляют на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают согласованно со значениями разности между соседними опорными частотами. Данное значение определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значение, обеспечивающие максимальную эффективность спектрального анализа.

Выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что АЧХ полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени (иллюстративный пример приведен на фиг. 1).

Сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого. Полученные сигналы преобразуют в цифровой вид в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП).

По значениям, соответствующим синусной и косинусной составляющей одной частоты, определяют мгновенную спектральную плотность (МСП) для каждой опорной частоты и запоминают эти значения пропорциональные амплитуде сигналов. Из полученных значений находят МСП с максимальным значением, определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения МСП на коэффициент, значение которого устанавливают заранее.

Значение данного коэффициента определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования.

Полученные значения МСП сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигнала с соответствующей частотой. Рассчитанные значения МСП считают оценкой амплитуды сигнала с соответствующей частотой.

Определяют дискретные значения фаз, используемые при проведении спектрального анализа ϕ₁, ϕ₂, …, ϕ_j …, ϕ_m таким образом, чтобы:

ϕ₂-ϕ₁= Δϕ; ϕ₃-ϕ₂= Δϕ; …; ϕ_m-ϕ_(m-1) =Δϕ, Δϕ =2π/m,

где Δϕ - шаг дискретизации фазы;

m - количество значений фаз, используемое при ее дискретизации.

Количество значений фаз, используемое при дискретизации, определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования.

Для каждого сигнала, присутствующего в исходном многочастотном сигнале, находят значения фаз следующим образом.

В соответствии с частотой, которая была определена как частота сигнала, и для каждого значения фазы определяют отсчеты исходной аддитивной суммы сигнала и помехи. При представлении сигнала отсчетами мгновенных значений используют способ выбора отсчетов, при применении которого необходимый отсчет определяют как отсчет, для которого «расстояние» между моментом времени взятия отсчета и рассчитанным значением времени взятия отсчета является минимальным.

Для каждой частоты и каждого значения фазы рассчитывают сумму абсолютных значений отсчетов и находят сумму отсчетов с максимальным значением. Запоминают соответствующее значение фазы.

Но способ-прототип обладает недостаточно высокой эффективностью при решении задачи распознавания типа акустических помех.

Задачей предлагаемого способа является повышение эффективности принятия правильного решения о наличии гармоник, длительность которых превышает установленное значение.

Для решения поставленной задачи в способе определения наличия гармоник, длительность которых превышает установленное значение, заключающемся в том, что для исходного сигнала a(t_i), заданного отсчетами мгновенных значений в моменты времени

t₁, t₂, …, t_j, …, t_N; t₂-t₁ =t₃-t₂=t_N-t_N-1= … =Δt; Δt=Т/N,

где Δt - шаг дискретизации;

N - количество точек за время T,

для последовательности частот ω₁, ω₂, …, ω_i, …, ω_n, (опорные частоты) определяют мгновенную спектральную плотность (МСП) по выражениям:

где S₁(ω_j) и S₂(ω_j) - синусная и косинусная составляющие мгновенной спектральной плотности, каждый результат преобразования сигнала и помехи, которые образуются после умножения входного сигнала на синус и косинус опорных частот, разделяют на две одинаковые составляющие, обработку полученных сигналов осуществляют одинаково в соответствующих линейках - каждый из полученных сигналов разветвляют на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой анализируемого сигнала, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте анализируемого сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают равной некоторому заранее заданному значению, выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально-возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени, сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого, результат вычитания преобразуют в цифровой вид, по данным значениям, соответствующим синусной и косинусной составляющей одной частоты, рассчитывают квадрат значения МСП, для каждой опорной частоты и запоминают эти значения пропорциональные мощности сигналов, согласно изобретению, заранее устанавливают: значение интервала анализа; значения длительности «скользящего окна» и длительности временного интервала, на который сдвигают «скользящее окно»; число положений «скользящего окна», в которых осуществляют анализ; значение коэффициента, с использованием которого рассчитывают пороговое значение для значений мощностей спектральных составляющих; пороговое значение для числа положений «скользящего окна», для которых принимают решение о том, что длительность гармоники превышает установленное значение,

«скользящее окно» сдвигают на временной интервал установленной величины,

для каждого положения «скользящего окна» проводят первичный спектральный анализ,

для первого положения «скользящего окна» рассчитывают:

среднее значение мощностей спектральных составляющих помехи; пороговые значения для значения мощности спектральных составляющих смеси сигнала и помехи,

для остальных положений «скользящего окна» находят спектральные составляющие, значения мощности которых превышают рассчитанное пороговое значение - обнаруженные спектральные составляющие,

для каждой обнаруженной спектральной составляющей осуществляют следующее:

сдвигают отсчеты огибающей смеси сигнала и помехи на величину равную половине периода, значение которого определяется значением частоты обнаруженной спектральной составляющей;

суммируют полученные отсчеты с исходными;

проводят спектральный анализ с использованием рассчитанных отсчетов;

если значение мощности анализируемой спектральной составляющей превышает значение мощности данной спектральной составляющей, рассчитанное при проведении первичного спектрального анализа, то считают, что длительность данной составляющей не превышает установленного значения, в противном случае считают, что длительность данной гармонической составляющей превышает установленное значение,

считают, что гармоника, длительность которой превышает установленное значение, присутствует в тех «скользящих окнах», для которых выполняется условие, что число таких решений для анализируемых положений «скользящего окна», превышает установленное пороговое значение,

процесс изменения положения «скользящего окна» осуществляют до тех пор, пока не будет исчерпан интервал анализа сигнала.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Заранее устанавливают значения:

- величины интервала анализа;

- длительности «скользящего окна»;

- длительности временного интервала, на который сдвигают «скользящее окно»;

- коэффициента, с использованием которого рассчитывают пороговое значение для значений мощностей спектральных составляющих.

Так же заранее устанавливают значение количества положений «скользящего окна», в которых осуществляют анализ наличия сигнала, и пороговое значение для числа положений «скользящего окна», в которых осуществляют анализ, для которых выполняется условие, что длительность гармоники превышает установленное значение.

Данные значения устанавливают для типовых условий применения устройства, в котором реализован способ определения наличия гармоник, длительность которых превышает установленное значение, методом математического моделирования или экспериментальным путем.

Входной сигнал преобразуют в цифровой вид и заносят в память для последующей обработки.

Формируют «скользящее окно».

Сдвигают «скользящее окно» на несколько временных интервалов. Значение числа сдвигов устанавливают заранее.

Для каждого положения «скользящего окна» проводят спектральный анализ. Спектральный анализ осуществляют, например, способом, описание которого приведено в патенте РФ №2730043, G01R 23/16.

Каждый результат преобразования входного сигнала, который образуется после умножения входного сигнала на синус и косинус опорных частот, разветвляют на две одинаковые составляющие. Первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой анализируемого сигнала. Одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте анализируемого сигнала. Нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают равной некоторому заранее заданному значению, например, которое рассчитывают, как минимальное значение разности соседних опорных частот, умноженное на значение коэффициента, которое определяют методом математического моделирования или экспериментальным путем.

Выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени (иллюстративный пример приведен на фиг. 1).

Сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого. Результаты вычитания преобразуют в цифровой вид, по данным значениям, соответствующим синусной и косинусной составляющей одной частоты, рассчитывают значения мощности каждой спектральной составляющей и запоминают эти значения.

Для первого положения «скользящего окна» с использованием результатов проведенного спектрального анализа рассчитывают среднее значение мощностей спектральных составляющих и пороговое значения для значения мощности спектральных составляющих смеси сигнала и помехи, путем умножения рассчитанного среднего значения мощностей спектральных составляющих на значение соответствующего коэффициента.

Для остальных положений «скользящего окна» с использованием результатов проведенного спектрального анализа находят спектральные составляющие, значения мощности которых превышают рассчитанное пороговое значение - обнаруженные спектральные составляющие (иллюстративный пример приведен на фиг. 2).

Для каждой обнаруженной спектральной составляющей осуществляют следующее:

- сдвигают отсчеты огибающей смеси сигнала и помехи на величину равную половине периода, значение которого определяется значением частоты обнаруженной спектральной составляющей;

- суммируют полученные отсчеты с исходными;

- проводят спектральный анализ с использованием рассчитанных отсчетов;

- если значение мощности анализируемой спектральной составляющей превышает значение мощности этой спектральной составляющей, рассчитанное при проведении первичного спектрального анализа, то считают, что длительность данной составляющей не превышает установленного значения, в противном случае считают, что длительность данной составляющей превышает установленное значение.

Значение периода повторения гармонической составляющей соответствуют значению частоты гармоники помехи.

Эффективность рассматриваемого способа объясняется следующим.

При наличии во входном сигнале гармоники, длительность которой превышает установленное значение, при условии, что мощность данной гармоники превысила соответствующий порог, при сложении исходных отсчетов с отсчетами, которые получены путем сдвига отсчетов огибающей входного сигнала на величину равную половине периода, значение которого определяется значением частоты данной гармонической составляющей, значение суммы амплитуд исходной и полученных гармоник становится близкой к нулю, поскольку фазы этих гармоник сдвинуты друг относительно друга на половину периода, то есть на π. Таким образом, в полученном сигнале будет присутствовать гармоническая составляющая данной частоты, амплитуда которой близка к нулю. Соответственно при проведении спектрального анализа мощность данной спектральной составляющей будет значительно снижаться.

При наличии во входном сигнале только большого числа гармонических составляющих небольшой длительности эффект от сложения отсчетов входного сигнала с отсчетами, которые получены путем сдвига отсчетов огибающей входного сигнала на величину равную половине периода, значение которого определяется значением частоты какой-либо гармонической составляющей, заключается в том, что к мощности сигнала данной частоты добавляется мощность других гармонических составляющих небольшой длительности, при этом будет происходить частичная компенсация этих гармоник (иллюстративный пример приведен на фиг. 3). Соответственно при проведении спектрального анализа мощность данной спектральной составляющей будет увеличиваться.

Определение наличия гармоник, длительности которых превышают установленное значение, осуществляют для всех положений «скользящего окна», для которых проводят анализ.

Считают, что гармоника, длительность которой превышает установленное значение, присутствует в тех «скользящих окнах», для которых выполняется условие, что число таких решений для анализируемых положений «скользящего окна», превышает установленное пороговое значение.

Процесс изменения положения «скользящего окна» осуществляют до тех пор, пока не будет исчерпан интервал анализа сигнала.

Ниже приведены результаты моделирования процесса обнаружения присутствия гармонических составляющих, длительность которых превышает установленное значение.

Сигнал, у которого длительности гармонических составляющих не превышает установленное значение - шумоподобный сигнал, моделировался как сумма гармонических сигналов со случайными значениями амплитуд (U_si) и фаз (ϕ_si), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам, соответственно

U=, (5)

где: ω_si, ϕ_si, - частота, фаза, амплитуда i-го гармонического сигнала;

Nsp - число гармонических сигналов.

Частоты гармоник помехи формировались как случайные величины, значения которых распределены по равномерному закону в полосе сигнала.

Длительности гармоник формировались как случайные величины, значения которых распределены по равномерному закону в пределах от одного до двух периодов гармоник.

Сигнал, у которого длительности гармонических составляющих превышает установленное значение - речевой сигнал моделировался так же как шумоподобный сигнал. При этом длительность гармоник установлена равной 30 мс (не менее шести периодов гармоник).

Моделирование проведено для следующих значений параметров:

- диапазон изменения частот гармоник речевого сигнала: 300 - 3400 Гц;

- коэффициент, определяющий частоту дискретизации - 68000;

- число опорных частот - 30;

- значение первой опорной частоты - 300 Гц;

- значение последней опорной частоты - 3350 Гц;

- число гармонических составляющих:

речевой сигнал - 8;

шумоподобный сигнал - в среднем 100 для одного положения «скользящего окна»;

- число положений «скользящего окна», в которых осуществляют анализ, для которых выполняется условие, что длительность гармоники превышает установленное значение - 4;

- величина сдвига «скользящего окна» - 10 мс;

- длительность речевого сигнала (одна фонема) - 30 мс;

- пороговое значение для числа положительных решений о наличии гармонических составляющих, длительность которых превышает установленное значение, относительно анализируемых положений «скользящего окна» - 1;

- число реализаций - 300.

Результаты моделирования процесса определения наличия в сигнале гармоник, длительность которых превышает установленное значение, при наличии шумоподобного сигнала (значения вероятности решения о наличии гармонических составляющих, длительность которых превышает установленное значение, при их наличии - PPO, значения вероятности решения о присутствии гармонических составляющих, длительность которых превышает установленное значение, при наличии только шумоподобного сигнала - PLT) приведены в таблице.

Обозначение параметра Отношение мощностей речевого и шумоподобного сигналов 0,5 1 PPO 0,83 0,9 PLT 0,4 0,2

На основе результатов анализа данных, приведенных в таблице, может быть сделан вывод о высокой эффективности рассматриваемого способа, что объясняется высокой эффективностью используемого способа спектрального анализа.

Таким образом, техническим результатом является повышение эффективности принятия правильного решения о наличии в сигнале гармоник, длительность которых превышает установленное значение.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг. 4, где обозначено:

1 - электроакустическое устройство (ЭАУ);

2 - усилитель низкой частоты (УНЧ);

3 - фильтр нижних частот (ФНЧ);

4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

5 - вычислительное устройство (ВУ).

Устройство содержит последовательно соединенные ЭАУ 1, УНЧ 2, ФНЧ 3, АЦП 4, ВУ 5, выход которого является выходом устройства. Вход ЭАУ 1 является входом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, который поступает с выхода ЭАУ 1, усиливают в УНЧ 2 и подают на вход ФНЧ 3, где его фильтруют. После чего формируют отсчеты огибающей сигнала в АЦП 4. Сформированные отсчеты подают в ВУ 5, где их обрабатывают по алгоритму, приведенному на стр. 10 - 13 описания, а именно: для каждого положения «скользящего окна» проводят спектральный анализ; спектральный анализ осуществляют, например, способом, описание которого приведено в патенте РФ №2730043, G01R 23/16.

Каждый результат преобразования входного сигнала, который образуется после умножения входного сигнала на синус и косинус опорных частот, разветвляют на две одинаковые составляющие. Первую составляющую фильтруют ФНЧ. Одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром.

Сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого. Результаты вычитания преобразуют в цифровой вид, по данным значениям, соответствующим синусной и косинусной составляющей одной частоты, рассчитывают значения мощности каждой спектральной составляющей и запоминают эти значения.

Для первого положения «скользящего окна» с использованием результатов проведенного спектрального анализа рассчитывают среднее значение мощностей спектральных составляющих и пороговое значения для значения мощности спектральных составляющих смеси сигнала и помехи, путем умножения рассчитанного среднего значения мощностей спектральных составляющих на значение соответствующего коэффициента.

Для остальных положений «скользящего окна» с использованием результатов проведенного спектрального анализа находят спектральные составляющие, значения мощности которых превышают рассчитанное пороговое значение - обнаруженные спектральные составляющие.

Для каждой обнаруженной спектральной составляющей осуществляют следующее: сдвигают отсчеты огибающей смеси сигнала и помехи на величину равную половине периода, значение которого определяется значением частоты обнаруженной спектральной составляющей; суммируют полученные отсчеты с исходными; проводят спектральный анализ с использованием рассчитанных отсчетов; если значение мощности анализируемой спектральной составляющей превышает значение мощности этой спектральной составляющей, рассчитанное при проведении первичного спектрального анализа, то считают, что длительность данной составляющей не превышает установленного значения, в противном случае считают, что длительность данной составляющей превышает установленное значение.

Значение периода повторения гармонической составляющей соответствуют значению частоты гармоники помехи.

Частоту дискретизации сигнала определяют методом математического моделирования.

Результаты моделирования процесса спектрального анализа приведены на стр. 14 - 16 описания.

В качестве ЭАУ 1 могут использоваться, например, микрофоны или ларингофоны.

УНЧ 2 может быть реализован, например, на микросхеме OP467GS фирмы Analog Devices.

АЦП 4 может быть выполнен, например, на микросхеме AD7495BR фирмы Analog Devices.

Вычислительное устройство 5 может быть выполнено, например, в виде единого микропроцессорного устройства с соответствующим программным обеспечением, например, процессора серии TMS320VC5416 фирмы Texas Instruments, или в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), с соответствующим программным обеспечением, например, ПЛИС XCV400 фирмы Xilinx.

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован описанным устройством.

Изобретение относится к области техники цифровой обработки речевой информации и может найти применение в устройствах связи. Технический результат: повышение эффективности принятия правильного решения о наличии в сигнале гармоник, длительность которых превышает установленное значение. Сущность: проводят спектральный анализ сигнала для нескольких положений «скользящего окна». Спектральный анализ проводят методом анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, с использованием компенсации комбинационных составляющих. Находят спектральные составляющие, значения мощности которых превысили рассчитанное пороговое значение - обнаруженные составляющие. Для каждой обнаруженной составляющей сдвигают отсчеты огибающей смеси сигнала и помехи на величину, равную половине периода, значение которого определяется значением частоты обнаруженной составляющей. Суммируют полученные отсчеты с исходными. Проводят спектральный анализ с использованием рассчитанных отсчетов. Если значение мощности анализируемой составляющей превышает значение мощности данной составляющей, рассчитанное при проведении первичного спектрального анализа, то считают, что длительность данной составляющей не превышает установленного значения. В противном случае считают, что длительность данной гармонической составляющей превышает установленное значение. 1 табл., 4 ил.

Способ определения наличия гармоник, длительность которых превышает установленное значение, заключающийся в том, что для исходного сигнала a(t_i), заданного отсчетами мгновенных значений в моменты времени

t₁, t₂, ..., t_j ,..., t_N; t₂-t₁=t₃-t₂=t_N-t_N-1=...=Δt; Δt=T/N,

где Δt - шаг дискретизации;

N - количество точек за время Т,

для последовательности частот ω₁, ω₂, ..., ω_i ,..., ω_n, (опорные частоты) определяют мгновенную спектральную плотность (МСП) по выражениям:

где S₁(ω_j) и S₂(ω_j) - синусная и косинусная составляющие мгновенной спектральной плотности, каждый результат преобразования сигнала и помехи, которые образуются после умножения входного сигнала на синус и косинус опорных частот, разделяют на две одинаковые составляющие, обработку полученных сигналов осуществляют одинаково в соответствующих линейках - каждый из полученных сигналов разветвляют на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой анализируемого сигнала, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте анализируемого сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают равной некоторому заранее заданному значению, выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра в области частот, близких к нулю, имеет максимально возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени, сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого, результат вычитания преобразуют в цифровой вид, по данным значениям, соответствующим синусной и косинусной составляющей одной частоты, рассчитывают квадрат значения МСП для каждой опорной частоты и запоминают эти значения, пропорциональные мощности сигналов, отличающийся тем, что заранее устанавливают: значение интервала анализа; значения длительности «скользящего окна» и длительности временного интервала, на который сдвигают «скользящее окно»; число положений «скользящего окна», в которых осуществляют анализ; значение коэффициента, с использованием которого рассчитывают пороговое значение для значений мощностей спектральных составляющих; пороговое значение для числа положений «скользящего окна», для которых принимают решение о том, что длительность гармоники превышает установленное значение, «скользящее окно» сдвигают на временной интервал установленной величины, для каждого положения «скользящего окна» проводят первичный спектральный анализ, для первого положения «скользящего окна» рассчитывают среднее значение мощностей спектральных составляющих помехи; пороговые значения для значения мощности спектральных составляющих смеси сигнала и помехи, для остальных положений «скользящего окна» находят спектральные составляющие, значения мощности которых превышают рассчитанное пороговое значение - обнаруженные спектральные составляющие, для каждой обнаруженной спектральной составляющей осуществляют следующее: сдвигают отсчеты огибающей смеси сигнала и помехи на величину, равную половине периода, значение которого определяется значением частоты обнаруженной спектральной составляющей; суммируют полученные отсчеты с исходными; проводят спектральный анализ с использованием рассчитанных отсчетов; если значение мощности анализируемой спектральной составляющей превышает значение мощности данной спектральной составляющей, рассчитанное при проведении первичного спектрального анализа, то считают, что длительность данной составляющей не превышает установленного значения, в противном случае считают, что длительность данной гармонической составляющей превышает установленное значение, считают, что гармоника, длительность которой превышает установленное значение, присутствует в тех «скользящих окнах», для которых выполняется условие, что число таких решений для анализируемых положений «скользящего окна» превышает установленное пороговое значение, процесс изменения положения «скользящего окна» осуществляют до тех пор, пока не будет исчерпан интервал анализа сигнала.