Способ спектрального анализа сигналов Советский патент 1987 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к измерительной технике, к области измерения характеристик случайных сигналов, в частности к спектральному анализу импульсных непериодических сигналов.

Целью изобретения является повьше- ние точности измерения среднеквадратичных значений спектральных составляющих импульсных сигналов и повьште- ние информативности спектрального анализа за счет обеспечения возможности измерения максимальных значений сигнала отклика.

На фиг, 1 -представлена блок-схема анализатора с помощью которого может быть реализован способ спектрального анализа; на фиг, 2 - представление сигнала отклика одного из полосрвых фильтров в виде дискретных значений А;

je.

Значения Aj , равные i-ii величине

превышающего уровень пгума локального максимума в сигнале отклика j-ro полосового фильтра, называют амплитуд- ными значениями сигнала.

Способ спектрального анализа состоит в параллельной фильтрации входного сигнала с помощью гребенки по-, лосовых фильтров и преобразовании функции отклика казкдого из полосовых фильтров в набор дискретных значений

амплитудных значений, равных i-му локальному экстремуму сигнала откли- ка j-ro полосового фильтра. По мере получения амплитудных значений А;; вычисляют среднеквадратичное значение и максимальное значение сигнала в казвдой частотной полосе в соответствии с выражениями

40

0,707

А

j(i-4

л., 7 2 Aj, -Aj(i).

id)

МЗ: макс А

j4;

(2)

J

МЗ;

А.

де СКЗ; - среднеквадратичное значение сигнала в j-й полосе частот;50

максимальное значение сигнала в j-й полосе частот; среднее значение квадрата из (i-1) амплитудных значений сигнала в j-й полосе частот;

квадрат i-ro амплитудного значения сигнала в j-й полосе частот;

j(i55

г

5

0

5

0

0

5

0

5

макс А., I-максимальное по абсолютной величине из амплитудных значений сигнала в j-й полосе частот;

, п- текущее значение номера амплитудного значения сигнала в j-й полосе частот; п - число превьшающих шум амплитудных значений сигнала в j-й полосе частот. Анализатор включает в себя усилитель 1, систему полосовых фильтров 2(-2fj, экстрематоры 3,-3,д, коммутатор

4,аналого-цифровой преобразователь

5,процессор б и блок 7 управления,

.1 .

Анализируемый сигнал поступает на

вход усилителя 1, который осуществляет калиброванное усиление сигнала. Коэффициент усиления определяется кодом, поступающим в усилитель 1 из блока 7 управления. Усилительный сигнал с выхода усилителя 1 подается одновременно на входы полосовых фильтров ,.каждый из которых выделяет соответствующий участок спектра. Сигналы с вьЕСОДов фильтров, представляющие собой амплитудно-модулирован- ные колебания, поступают на вход соответствующего экстрематора,Экстрематоры представляют собой специализированные устройства выборки и хранения, каждый из них переходит из режима слежения за сигналом на входе к режиму его хранения в моменты, когда последний переходит через экстремум. При этом каждый экст- рематор при переходе из режима слежения в режим хранения сигнала формирует на своем управляющем выходе импульс, который поступает в блок 7 управления и является запросом на обработку. Блок 7 упр авления осуществляет удовлетворение запросов на обработку в соответствии с уровнем приоритета экстрематора. Высшим приоритетом обладает экстрематор, осуществляющий обработку амплитудно-модули- рованного сигнала с наивысшей несущей частотой, а низшим - экстрематор, осуществляющий обработку амплитудно- модулированного сигнала с низшей несущей частотой. Обработка сигнала с выхода экстрематора заключается в подключении его с помощью коммутатора 4 к входу АЦП 5 и последующем кодировании. По окончании кодирования обслуживае мьй экстрематор импульсом с выхода блока 7 управления опять

переводится в режим слежения за сигналом на входе. Коды с выхода А1.Ш 5 поступают на вход процессора 6, который осуществляет обработку измерительной информации в соответствии с выражениями (1) и (2). При этом, если на вход процессора 6 поступает код амплитудного значения сигнала с выхода экстрематора 3j , то происходит обращение к j-му регистру (процессор 6 содержит N регистров в соответствии с числом фильтров анализатора) . Первая группа разрядов каждого регистра отводится под код .максимальных значений, вторая группа - под код среднего значения, из возведенных в квадрат амплитудных значений сигнала, а третья - под код числа i поступивших амплитудных зна- чений. На первом такте,обработка измерительной информации осурдествляет- ся в соответствии с выражением (2). При этом код, поступивший в процессор 6 с выхода АЦП 5, сравнивается по абсолютной величине с содержимым первой группы разрядов j-ro регистра Если указанный код превышает содержимое первой группы разрядов j-ro ре- истра, то он переписывается в эти разряды. В противном случае содер- жимое первой группы разрядов j-ro регистра остается неизменным. На втором такте осуществляется вычисление текущего среднего значения из возведенных в квадрат отсчетов сигнала. При этом содержимое третьей группы разрядов j-ro регистра увеличивается на единицу и вместе с содержимым второй группы разрядов этого регистра используется для определения кода те кущего среднего значения квадрата сигнала в соответствии с выражением (1). По окончании вычислений результат помещается во вторую группу разрядов j-ro регистра. На этом элемен- тарный цикл обработки кода, поступившего с выхода АЦП 5, заканчивается. При поступлении на вход процессора 6 кода очередного амплитудного значени сигнала с выхода одного из фильтров 2,-2 процесс повторяется. Таким образом, по окончании процесса анализа в каждом из N регистров процессора 6 хранятся код максимального значени (первая группа разрядов) и код сред- него значения квадрата (вторая группа разрядов) сигнала в соответствую- щей полосе частот. При вьгаоде изме

рительной информации происходит последовательное обращение к регистрам процессора 6. При этом коды из первых групп разрядов указанных регистров подаются на выход анализатора непосредственно, а коды из вторых групп разрядов перед вьщачей на выход анализатора с целью получения среднеквадратичных значений подвергаются операции извлечения квадратного корня и умножения на коэффициент 0,707 в соответствии с выражением (I).

Формула изоб.ретения

Способ спектрального анализа сигналов, состояший в формировании составляющих спектра сигнала путем параллельной фильтрации с помощью системы полосовых фильтров, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения среднеквадратичных значений спектральных составляющих импульсных сигналов за счет обеспечения равенства времени усреднения и длительности отклика в каждом из каналов фильтрации и повышения информативности спектрального анализа, сигналы отклика каждого из фильтров преобразуют в дискретные

значения А

J

каждое

из которых соответствует величине i-ro локального экстремума, превьшающего уровень щу- ма в сигнале отклика j-ro полосового фильтра, и вычисляют среднеквадратичные значения и максимальные значения сигнала отклика каждого полосового фильтра в соответствии с выражениями

-1L

A

jn- V

2 -2

Aji - Aj(,-o

2

Aj

0; i ,...,nj;

СКВ. 0,707 i

myде nj

макс

Mi I j

число превьшающих уровень шума локальных экстремумов в сигнале отклика j-ro полосового фильтра;

СКЗ - среднеквадратичные значения спектральных составляющих импульсных сигналов;

МЗ - максимальные значения сигнала отклика каждого полосового фильтра.

$(ipAt) ftiAt)

Sn

%.

ZZjJ

(t;()

A,

-Sn

t

Составитель В. Смолин Редактор О. Юрковецкая Техред А.Кравчук Корректор С. Черни

1793/36

Тираж 731 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,,д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 2

Изобретение относится к области измерения характеристик случайных сигналов. Цель изобретения - повьппе- ние точности измерения среднеквадратичных значений спектральных составляющих импульсых сигналов и повышение информативности спектрального анализа. Усилители 1 осуществляют калиброванное усиление сигнала. Коэффициент усиления определяется кодом, поступающим из блока 7 управления. Полосовые фильтры выделяют соответствующий участок спектра,, Экстрематоры 3,-3 представляют собой устройства выборки и хранения. Посредством коммутатора 4 и аналого- цифрового преобразователя 5 происходит обработка сигнала с последующим кодированием. Процессор 6 осуществляет обработку измерительной информации в соответствии с выражениями, приведенными в тексте описания. 2ил. с « МФ со Фиг.1