Многоканальный спектроанализатор шумовых сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01R23/16 

т±1

«-)

-

iH±i iLr-i J-L

JLI-чЛг

(Л

Изобретение относится к аппаратурному анализу характеристик случайных нестационарных сигналов. Цель изобретения - исключение аномальных ошибок при оценке коэффициента наклона энергетического спектра в неблагоприятных реализациях случайных нестандартных сигналов. Спектроанапиза- тор содержит усилитель I, N каналов, включающих фильтры 2-1,.,.,2-N, квадратичные детекторы 3-1,...,3-N, интеграторы 4-l,...,4-N, блоки :5-1,..., 5-N логарифмирования, блоки 6,1...,

9-я

pEih

6-N вычитания, блоки 7-l,..,,7-N деления и сумматор В. В устройство введены N идентичных каналов анализа, состоящих из одновходовых усилителей 9-19-N,.блоков 10-1,..,10-N

(вычитания, квадраторов 11-1,..., ll-N,

1

Изобретение относится к аппаратурному анализу характеристик случайных нестационарных сигналов (СНС), может быть использовано при обработке сигналов в различных радиосисте- мах и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1114968.

Целью изобретения является исключение аномальных ошибок при оценке коэффициента наклона энергетического спектра в неблагоприятных реализациях СНС за счет запрета считывания результата оценки коэффициента в указанных реализациях.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого спектра- анализатора.

Спектроанализатор содержит широкополосный усилитель 1, N каналов, каждый из которых состоит из подклю- ченных к выходу усилителя последовательно соединенных фильтров 2-1,... 2-N, квадратичного детектора 3-1,.. 3-N, интегратора 4-l,...,4-N, блока 5-1,...,5-N логарифмирования. Выхо- ды блоков логарифмирования всех соседних каналов попарно подключены к входам соответствующих блоков 6-1,.. 6-N вычитания, вькоды блоков вычитания через соответствующие блоки 7-l,...,7-N деления соединены с входами сумматора 8. Выход последнего подсоединен к входам всех одновходовых усилителей 9-19-N. Выход

каждого усилителя подсоединен к вто- рому входу соответствующего блока 10-1,..., 0-N вычитания. flepBbdi вход каждого блока 10-1,...,10-N вычитания подсоединен к входу соответствующего блока 6-1,...,6-Ы вычитания. Выход каждого блока 10-1,...., 10-N подсоединен к входу соответствующего квадратора 11-1,...,11-N. Выходы квадраторов подсоединены к соответсумматора 12, порогового устройства 13 с памятью и ключа 1А. Благодаря этому запрещается считывание результата оценки коэффициента наклона энергетического спектра в указанных реализациях. 1 ил.

ствующим входам сумматора 12. Вьпсод последнего подсоединен к входу порогового устройства 13 с памятью, выход которого подсоединен к управляющему входу ключа 14, сигнальный вход которого соединен с выходом сумматора 8. Выход ключа 14 является выходом устройства.

Спектроанализатор работает следующим образом.

На вход устройства поступает шумовой сигнал в полосе частот от f до Г„акс иа входе усилителя 1 с энергетическим спектром вида

S(f),

(1)

где SP - постоянная на частоте п - коэффициент наклона спектра

Шумовой сигнал с выхода усилителя 1 поступает на фильтры 2-1,..., 2-N каждого канала, настроенных на свою частоту f ,...,f ;,...,f. Сигналы с выходов фильтров каждого канала детектируются соответственно детекторами 3-1,...,3-N, а затем интегрируются соответственно в интеграторах 4-l,...,4-N. На выходах интеграторов получают соответственно оценки энергетического спектра

s(-f ,),...,s(f;),...,s(f«).

Представим выражение (1) в виде

l,S(f)l,S,+nlnf.

(2)

Исключая определение S, записываем из выражения (2) следующую разность:

lnS(f ,,)-lnS(f )nlnf--nlnf ,

(3)

где f-,f, - средние частоты фильтров i и J каналов соответственно.

Логарифмические оценки спектров получают на выходах блоков 5-1,...,

31368847

5-N логарифмирования, оценки разнос- lne(f; )-lne(f .) приводит к задаче ре- ти (З) - на выходах блоков 6-1,,,., грессии. Наилучшие оценки параметров в задачах регрессии получают методом наименьших квадратов. Учитывая выражения (3) и (4) и применяя метод наименьших квадратов, функционал за6-N вычитания. Причем оценки разности отличаются от разностей(3 ) тем,

что они представляют суммунеслучай ной компоненты nlnf.-nlnf,случай- I

ной компоненты Z(f), отражающей влияние полос пропускания фильтров 2-1, 2-N и длительности времени интегри- ю рования в интеграторе 4-1,,,,,4-N на точность оценки логарифмов спектральных компонентов lnS(f ) и lnS(f ). Тогда можно записать

lnS(f ;)-lnS(f .) (nlnf.-nlnf,)+

-bZ(f). J (4)

Определение коэффициента n согласно выражению (4) на множестве соседних пар частот f;, fj по разностям 20

И-1

писываем в виде

|УF(n) Ц lnS(f;)-lnS(f-,,)+r.(lnf,l::1

-Infj,, )J +rine(f, )-lnS(f J + +n(lnf, -Inf ) ,

(5)

где N - число измеряемых частотных компонент (число фильтров). Минимизируя функционал (5), получаем выражение для оценки коэффициента наклона спектра в виде

п I inSCfj )-lnS(f,,,)J (lnf,-.,-lnfj )(fJ-lnS(f Jj ( J

i«i

Zl flnf;-lnf:,j4 (lnf,-lnf J

(6)

IrA

Выражением (6 ) определяется необходимость введения блоков 7-1,,,,, 7-N деления и сумматора 8, Таким образом, на выходе последнего получаем оценку коэффициента наклона спектра п.

Чтобы исключить аномальные ошиблки при оценке n в неблагоприятных

реализациях случайных нестационарных сигналов используем выражение для оценки дисперсии коэффициента наклона в виде

ы 6 i ll (inS(fi)-lnS(fi,,) i t

-Й(lnf,-lnfi,,))(7)Из вьфажения (7) следует, что умноженную на величину lnfj-lnf,4, в од новходовых усилителях 9-1,,..,9-N оценку n необходимо подать на вторые входы вычитателей 10-1,,.,,10-N, На первые входы вычитателей поступают разности. lnS(f i)-lnS(f|) с выходов блоков 6-1,,,,,6-N, Каждая разность выхода блоков 10-1,...,10-N возводится в квадрат в квадраторах 11-1,, I1-N и затем они суммируются в сумматоре 12. Таким образом, на выходе сумматора 12 получаем оценк у дисперсии N§ в некотором масштабе. Напряжение, пропорциональное оценке диспеписываем в виде

|УF(n) Ц lnS(f;)-lnS(f-,,)+r.(lnf,l::1

-Infj,, )J +rine(f, )-lnS(f J + +n(lnf, -Inf ) ,

где N - число измеряемых частотных компонент (число фильтров). Минимизируя функционал (5), получаем выражение для оценки коэффициента наклона спектра в виде

(6)

сии N, поступает на пороговое устройство 13 с памятью. Если в интервале анализа реализации СНС напряжение на входе устройства 13 превьштает в любой момент времени заданный пороговый уровень, ТО это фиксируется в памяти порогового устройства 13.

Тогда на выходе устройства 13 появится сигнал, закрывающий ключ 14 и тем самым запрещающий считывание оценки коэффициента наклона n энергетического спектра в данной реализации с

выхода сумматора 8. Непревьшзение в интервале анализа порогового уровня напряжением, пропорциональным оценке дисперсии N5 на выходе сумматора 12, означает что анализируемая реализация не приводит к аномальным ошибкам в оценке коэффициента наклона n энергетического спектра и эта оценка может быть считана с выхода сумматора 8.

Таким образом, предлагаемое устройство исключает аномальные ошибки при оценке коэффициента наклона энергетического спектра в неблагоприятных реализациях СНС,

55

Формула изобретения

Многоканальный спектроанализатор шумовых сигналов , по авт, ев.

51368847

№ 111А968, отличающийсядинен к входу ключа и к входам всех тем, что, с целью повышения достовер-одновходовых умножителей, первые вхо- ности оценки коэффициента наклонады первого,...,N-го блоков вычитания энергетического спектра, в спектро-подсоединены к выходам первого,..., анализатор введеч| 1 N идентичных ка-N-ro блоков вычитания основного уст- налов анализа, каждьй из которых сое-ройства соответственно, выходы квад- тоит из последовательно соединенныхраторов всех каналов подсоединены к одновходового умножителя, блока вы-соответствующим входам сумматора, вычитания и квадратора, а также сумма- которого подсоединен к управляю- тор.на N входов, пороговое устройст-щему входу ключа через пороговое уст- во с памятью, ключ, причем выходройство, выход которого является вы- сумматора основного устройства подсое-ходом спектроанализатора.