Способ оценки амплитуд многочастотного сигнала методом спектрального анализа, проводимого с различной длительностью времени анализа Российский патент 2025 года по МПК G01R23/165 G10L15/20 G10L25/84 

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в средствах связи.

Известны способы цифровой обработки сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), описанные в книге «Прокис Джон, «Цифровая связь». Пер. с англ./Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь. 2000, стр.: 148 - 150, у которых недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия помех.

Известен способ выделения сигналов в условиях наличия помех, описанный в патенте RU № 2675386, H04B 1/10, недостатком которого является недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия помех.

Известны способ и устройство энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала, и помехи (патент РФ № 2683021, H04B 1/10), недостатком которых является недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия помех.

Известен способ спектрального анализа электрических сигналов (патент РФ № 2431853, G01 23/16), в котором анализируемый электрический сигнал подают одновременно на гребенку фильтров, настроенных на различные частоты и измеряют сигналы на выходах этих фильтров, причем до проведения измерений диапазон контролируемых частот разбивают на элементы разрешения с шагом дискретизации, соответствующим желаемым точности и разрешению спектрального анализа. Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия помех.

Известен способ спектрального анализа сигналов (патент РФ №2127888, G01 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. Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия помех.

Известен способ спектрального анализа сигналов (патент РФ №2229725, G01 23/16), в котором формируют опорный синусоидальный сигнал, который многократно сдвигают по фазе относительно анализируемого периодического многочастотного сигнала. Оба сигнала представляются отсчетами мгновенных значений для одних и тех же моментов времени t_j=t₁, t₂,…, t_N, где N - число разбиений на периоде Т. Далее находят точки совместного решения а(b₀) при различных круговых частотах опорного сигнала и фазах опорного сигнала, строят вольт-амперные характеристики и определяют их площадь F_{BAX min}, причем вывод о присутствии гармонической составляющей с некоторой круговой частотой и фазой в анализируемом сигнале а(t_j) делают, исходя из условия F_BAX=0. Затем определяют максимальную площадь вольт-амперной характеристики F_{BAX max К} при ϕ_К±90° и находят амплитуду К-ой спектральной составляющей. По значениям ω_К, ϕ_К и A_mk судят о спектральном составе анализируемого сигнала а(t_j). Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия 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 оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия 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 РФ № 2730043, H04 1/62, принятый за прототип.

Способ заключается 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 фазо-частотными 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, определяют 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, полученные значения МСП сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигнала с соответствующей частотой, рассчитанные значения МСП считают амплитудой 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.

Определяют отсчеты для каждого значения частоты исходного сигнала a(t_i), заданного отсчетами мгновенных значений, для которых проводят анализ и каждого значения фазы, с использованием способа выбора отсчетов, при использовании которого «расстояние» между моментами времени взятия отсчетов и рассчитанными значениями времени взятия отсчетов было минимальным. Для каждой частоты и каждого значения фазы рассчитывают сумму абсолютных значений отсчетов, для каждой частоты находят сумму отсчетов с максимальным значением, запоминают соответствующие значения фазы как фазу сигнала с соответствующей частотой.

Но у способа-прототипа недостаточно высокая эффективность оценки значения амплитуды сигнала в условиях наличия помех.

Задача предлагаемого способа - повышение эффективности оценки амплитуд многочастотного сигнала.

Для решения поставленной задачи в способе оценки амплитуд многочастотного сигнала методом спектрального анализа, проводимого с различной длительностью времени анализа, 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) 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 фазо-частотными 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, определяют значение мощности для каждой опорной частоты и запоминают эти значения пропорциональные амплитуде сигналов, из полученных значений находят значение мощности с максимальным значением, определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения мощности на коэффициент, значение которого устанавливают заранее, полученные значения мощности сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии гармоники с соответствующей частотой - обнаруженные частотные составляющие, согласно изобретению, устанавливают заранее: длительность времени начального проведения анализа; значения границ полос частот, на которые разбивают полосу сигнала; значения длительности времени проведения анализа, соответствующие полосам частот, на которые разбивают полосу сигнала;

находят полосы частот, для которых число обнаруженных частотных составляющих превышает установленное пороговое значение;

определяют длительности времени проведения анализа, соответствующие найденным полосам частот;

проводят спектральный анализ с найденными значениями длительности времени проведения анализа;

амплитуды обнаруженных частот, значения которых попадают в полосы частот, соответствующие использованным длительностям времени проведения анализа, считают амплитудами спектральных составляющих сигнала.

Предлагаемый способ 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

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

K_p - процент 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.

Устанавливают заранее:

- длительность времени начального проведения анализа;

- значения границ полос частот, на которые разбивают полосу сигнала;

- значения длительности времени проведения анализа, соответствующие полосам частот, на которые разбивают полосу сигнала.

Данные значения получают путем математического моделирования процесса оценки амплитуд многочастотного сигнала. При поиске значений данных параметров близких к оптимальным выполняют условие обеспечения определения значений частот гармоник сигнала с неизменной точностью.

Обработку смеси сигнала и помехи осуществляют с использованием способа выделения сигнала с модуляцией частотным сдвигом и компенсацией комбинационных составляющих, например, описанного в патенте РФ № 2723300, Н04В 1/10.

Принятую аддитивную смесь сигнала и помехи умножают на опорные сигналы, например,

U_оп1=sin(x₁); U_оп2=cos(x₁).

…

U_оп(n-1)=sin(x_k); U_опn=cos(x_k).

Аддитивную смесь сигнала умножают на опорные сигналы в блоках умножения, которые могут быть выполнены, например в виде смесителей.

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, полосу пропускания которого выбирают так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала. Нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают равной некоторому заранее заданному значению. Данное значение определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значение, обеспечивающее максимальную эффективность спектрального анализа.

Выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными 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.

По значениям, соответствующим синусной и косинусной составляющей одной частоты, определяют значение мощности для каждой опорной частоты и запоминают эти значения, пропорциональные мощности сигналов.

Из полученных значений находят мощность с максимальным значением. Определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения мощности на коэффициент, значение которого устанавливают заранее. Значение данного коэффициента определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значение, обеспечивающее максимальную эффективность спектрального анализа.

Полученные значения мощности сравнивают с порогом. По результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигнала с соответствующей частотой - обнаруженные частотные составляющие.

Рассчитывают значения амплитуд обнаруженных частотных составляющих.

Находят полосы частот, для которых число обнаруженных частотных составляющих превышает установленное пороговое значение. Данное пороговое значение определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования.

Определяют длительности времени проведения анализа, соответствующие найденным полосам частот.

Проводят спектральный анализ с найденными значениями длительности времени проведения анализа.

Амплитуды обнаруженных частот, значения которых попадают в полосы частот, соответствующие использованным длительностям времени проведения анализа, считают амплитудами спектральных составляющих.

Если в процессе проведения спектрального анализа для какого-либо значения интервала анализа обнаружены гармоники, значения частот которых совпадают с значения частот сигналов, которые были обнаружены на предыдущем шаге, то значениями амплитуд гармоник считают значения, рассчитанные на предыдущем шаге.

Результаты оценки эффективности предлагаемого способа получены методом математического моделирования на ЭВМ с использованием системы MATLAB. Моделирование проведено для речевого сигнала при наличии акустических помех.

Сумма гармоник помехи при моделировании представлена в виде совокупности гармонических колебаний со случайными значениями амплитуд (U_si) и фаз (ϕ_si), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам, соответственно

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

Ns - число гармонических сигналов.

При моделировании использованы следующие значения параметров:

- диапазон изменения частоты речевого сигнала: 300 Гц - 3400 Гц;

- амплитуды гармоник речевого сигнала изменяют от 1 с шагом 0,3;

- частоты гармоник сигнала изменяются от 400 Гц с шагом 400 Гц;

- значения моментов возникновения гармоник помехи распределены равномерно в интервале: (0 - T) мс, где 2T - интервал анализа сигнала (Т=10мс);

- значения длительности гармоник помехи распределены равномерно в интервале: 2мс - Т.

- фазы гармоник речи одинаковы и равны нулю.

Моделирование проведено для следующих значений параметров

- число реализаций - 500;

- число гармоник сигнала - 8;

- суммарное число гармоник помехи - 1000;

- число опорных частот - 40;

- значение первой опорной частоты - 300 Гц;

- коэффициент, определяющий шаг изменения опорной частоты шаг изменения опорной частоты - 1,063;

- число интервалов анализа - 2;

- значение частоты дискретизации - 256000 отсч./с;

- число отсчетов, используемых при обработке гармонических сигналов с низкими частотами - 3400;

- число отсчетов, используемых при обработке гармонических сигналов с высокими частотами - 1900.

Результаты моделирования процесса измерения амплитуд произвольного ряда гармонических сигналов для предлагаемого способа и способа-прототипа для различных значений отношения мощностей сигнала и помехи приведены в таблице. Оценка эффективности процесса измерения амплитуд сигналов проведена с соблюдением условия того, что точность определения значения частот гармоник не изменяется.

Таблица

Способ измерения Максимальное значение ошибки определения амплитуды, % Значение отношения мощностей сигнала и помехи 0,5 1 2 Способ-прототип 90 88 85 Предлагаемый способ 60 47 40

На основе анализа данных, приведенных в таблице, установлено, что максимальное значение ошибки определения амплитуды сигнала для значений отношения мощностей сигнала и помехи равных или превышающих единицу, при использовании предлагаемого способа по сравнению со случаем использования способа-прототипа снижается более чем в 1,8 раз.

Полученный эффект объясняется тем, что для достижения на выходе фильтра максимального уровня сигнала, на вход фильтра необходимо подать не менее определенного количества периодов гармонического сигнала.

Таким образом, если на вход фильтра подают минимальное число периодов гармонических сигналов с высокими частотами, достаточное для образования максимального отклика на его выходе, то отклики сигналов с низкими частотами будут иметь небольшой уровень и практически не будут влиять на точность измерения амплитуд гармонических сигналов с высокими частотами.

Достигаемый технический результат - повышение эффективности оценки амплитуд многочастотного сигнала.

Структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа приведена на фиг. 2, где обозначено:

1.1 - 1.n - блоки умножения с первого по n-й;

2.1 - 2.n - фильтры нижних частот (ФНЧ) с первого по n-й;

3.1 - 3.n - устройства вычитания с первого по n-й;

4.1 - 4.(n+1) - аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с первого по (n+1)-й;

5.1 - 5.n - полосовые фильтры с первого по n-й;

6 - вычислительное устройство (ВУ).

7 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

Устройство содержит n параллельных линеек, каждая из которых состоит из соответствующих, последовательно соединенных блока умножения 1, ФНЧ 2, устройства вычитания 3 и АЦП 4. При этом полосовой фильтр 5 включен между выходом блока умножения 1 и вторым входом устройства вычитания 3. Вторые входы блоков умножения 1.1 - 1.n являются входами для соответствующих опорных сигналов U_оп.

Выходы АЦП 4.1 - 4.(n+1) соединены с соответствующими с первого по (n+1)-й входами вычислительного устройства 6, первый выход которого является выходом устройства. Вход АЦП 4.(n+1) соединен с входом устройства.

Второй выход вычислительного устройства 6 соединен с входом ЦАП 7, выход которого соединен с объединенными входами n блоков умножения 1.1 - 1.n и входом устройства.

Устройство работает следующим образом.

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

Результат умножения сигнала и помехи на опорные сигналы разветвляют на две одинаковые составляющие. Первую составляющую фильтруют ФНЧ 2.1 - 2.n, полосы ФНЧ 2.1 - 2.n одинаковы и согласованы с полосой сигнала.

Одновременно вторую составляющую фильтруют полосовыми фильтрами 5.1 - 5.n, полосы пропускания фильтров 5.1 - 5.n одинаковы, их выбирают так, что верхняя частота полосовых фильтров 5.1 - 5.n соответствует верхней частоте сигнала, нижнюю частоту полосовых фильтров устанавливают максимально близкой к нулевому значению.

Выбор ФНЧ 2.1 - 2.n и полосовых фильтров 5.1 - 5.n осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками и так, что АЧХ полосовых фильтров в области частот близких к нулю имеет максимально-возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ 2.1 - 2.n и полосовых фильтров 5.1 - 5.n становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени (иллюстративный пример приведен на фиг. 1).

Сигналы, прошедшие ФНЧ 2.1 - 2.n и полосовые фильтры 5.1 - 5.n, вычитают соответственно один из другого. То есть из сигнала первого ФНЧ 2.1 вычитают сигнал первого полосового фильтра 5.1, из сигнала второго ФНЧ 2.2 вычитают сигнал второго полосового фильтра 5.2 и т.д.

Полученные сигналы преобразуют в цифровой вид в соответствующих АЦП 4.1 - 4.n. Данные сигналы в цифровом виде подают в ВУ 6.

В вычислительном устройстве 6 эти значения суммируют и запоминают. Из полученных сумм находят сумму с максимальным значением. Определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения на коэффициент, значение которого устанавливают заранее.

Значение данного коэффициента определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значение, обеспечивающее максимальное значение вероятности правильного обнаружения сигналов, при условии, что уровень ложной тревоги, т.е. принятия решения о наличии сигнала при его отсутствии, не превышает заданный уровень.

Полученные значения сумм сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигналов с соответствующей частотой. Рассчитывают значения амплитуд обнаруженных частотных составляющих.

Для N интервалов анализа на вход ЦАП 7 подают первую группу отсчетов, число которых равно N₁.

С выхода ЦАП 7 сумму сигнала и помехи в аналоговом виде подают на первые входы блоков умножения 1.1-1.n, и проводят спектральный анализ с использованием алгоритма, который приведен на стр. 12 - 13 описания.

Находят полосы частот, для которых число обнаруженных частотных составляющих превышает установленное пороговое значение. Рассчитанные значения амплитуд считают значениями амплитуд обнаруженных гармоник.

Процесс повторяют для второй группы отсчетов, число которых равно N₂. Если при этом обнаружены гармоники, значения частот которых совпадают с значения частот сигналов, которые были обнаружены на предыдущем шаге, то значениями амплитуд гармоник считают значения, рассчитанные на предыдущем шаге.

Затем процесс повторяют для третьей группы отсчетов, число которых равно N₃.

Процесс продолжают до тех пор, пока не будут исчерпаны все интервалы анализа.

Результаты моделирования процесса оценки амплитуд многочастотного сигнала методом спектрального анализа, проводимого с различной длительностью времени анализа в условиях наличия помех типа аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ), приведены выше.

Блоки умножения 1.1 - 1.n могут быть выполнены, например, в виде преобразователя частоты (смесителя), см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 186 - 189.

АЦП 4.1 - 4.(n+1) могут быть выполнены, например, на микросхеме AD7495BR фирмы Analog Devices.

ЦАП 7 может быть выполнен, например, на микросхеме AD9957BSVZ Analog Devices.

Вычислительное устройство 6 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.

Результаты моделирования процесса спектрального анализа приведены выше.

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован описанным устройством.

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в средствах связи. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности оценки амплитуд многочастотного сигнала. Способ оценки амплитуд многочастотного сигнала методом спектрального анализа, проводимого с различной длительностью времени анализа, дополнительно заключается в том, что устанавливают заранее: длительность времени начального проведения анализа, значения границ полос частот, на которые разбивают полосу сигнала, и значения длительности времени проведения анализа, соответствующие данным полосам частот. Находят полосы частот, для которых число обнаруженных гармоник превышает пороговое значение. Определяют длительности времени проведения анализа, соответствующие найденным полосам частот. Проводят спектральный анализ с найденными значениями длительности времени проведения анализа. Амплитуды обнаруженных частот, значения которых попадают в полосы частот, считают амплитудами спектральных составляющих сигнала. 1 табл., 2 ил.

Способ оценки амплитуд многочастотного сигнала методом спектрального анализа, проводимого с различной длительностью времени анализа, 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 = Т/N,

где Δt - шаг дискретизации,

N - количество точек за время T,

для последовательности частот ω₁, ω₂, …, ω_i, …, ω_n, – опорные частоты, 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, определяют значение мощности для каждой опорной частоты и запоминают эти значения, пропорциональные амплитуде сигналов, из полученных значений находят значение мощности с максимальным значением, определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения мощности на коэффициент, значение которого устанавливают заранее, полученные значения мощности сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии гармоники с соответствующей частотой – обнаруженные частотные составляющие, отличающийся тем, что устанавливают заранее: длительность времени начального проведения анализа, значения границ полос частот, на которые разбивают полосу сигнала, значения длительности времени проведения анализа, соответствующие полосам частот, на которые разбивают полосу сигнала, находят полосы частот, для которых число обнаруженных частотных составляющих превышает установленное пороговое значение, определяют длительности времени проведения анализа, соответствующие найденным полосам частот, проводят спектральный анализ с найденными значениями длительности времени проведения анализа, амплитуды обнаруженных частот, значения которых попадают в полосы частот, соответствующие использованным длительностям времени проведения анализа, считают амплитудами спектральных составляющих сигнала.