Способ идентификации энергетического спектра сигнала Советский патент 1989 года по МПК G06G7/52 

изводной сигнала на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала и формирование средневзвешенно - го корреляционного произведения частот, которое делится на среднеквадра- тическую частоту, и сравнение результата с заданным значением.

Сигнал на конечном интервале времени t С , где f - время корреляции может быть представлен кодом Фурье

f(t)

со

«сФункционал N представляется рациональными числами в интервале числовой оси от 0 до 1, т.е. аналогичен числам вероятности 1-0. На координатной плоскости , N, где время корреляции, тот.или иной энергетический спектр при данном времени корреляции Ъл и значении функционала

/ (a-cos со-1 + b sinwt). v

Производная сигнала Л О будет рав- 1 Ni изобразится точкой. Множество наi тбчек этой координатной плоскости

отображает все множество сигналов,

f (t) 1 (о) b -cosw.t -u.a -sincj-t). (2) отличающихся энергетическим спектром. 1 В разложении функции в ряд Фурье на Можно показать, что. после квадри- 20 конечном интервале нижняя частота рования сигнала и его производной ин- Щ

тегрирование квадрата сигнала f (t) Ы Т Т е В даННОМ Случае °пре и его производной (f 4t))2 за время деляется временем корреляции V .

Функционал энергетического спект- 25 pa N как безразмерная величина не зависит от диапазона занимаемых

корреляции получим

С )dt - 1-U + 1ф (3)

5«1

(t)2dt f Zjftajf bj). (4) После деления (З) на (4) получаем

on

JL.y sl±-blL Ј , (5)

-

OP а л

ZKat + bJ)

l Г 1 --1д

где со&- среднеквадратическая (средневзвешенная) частота. Операции разделения переменных и постоянных составляющих квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, 4Q ния, первый и второй квадраторы 3,4, . детектирования, интегрирования и де- первый и второй интеграторы 5,6,первый блок 7 деления, первый и второй фильтры 8,9, первый и второй детекточастот, от положения спектра на оси частот, а отражает форму кривой огибающей функции спектральной плот- 30 ности, т.е. отображает распределение мощности по частотам в спектре.

Из этого вытекает возможность ис-i- польэования функционала N как признака при распознавании сигналов по энергетическому спектру.

На чертеже показана схема, поясняющая данный способ.

Устройство по способу содержит - усилитель 1, блок 2 дифференцироваления интеграла выпрямленного значения на интеграле выпрямленного зна-1 чения сигнала позволяют сформировать

jjf (t) / dt ,, v

ШШШ 6) ,

WjW(

ры 10,11, третий и четвертый интег- ., раторы 12, 13, второй и третий блоки 14,15 деления, блок 16 индикации, генератор 17, делитель 18 частоты, выход 19 значения среднеквадратической частоты c5g, выход 20 значения обобщенной характеристики энергетического спектра, выход 21 значения средневзвешенного произведения частот U)j tO .

где (j.iou- средневзвешенное корреля- 3 ционное произведение частот. .

Отношение средневзвешенного to-w к среднеквадратической v частоте &1 дает некоторую безразмер1 ную величину .N

N

iwk

(7)

Ц)

где N - функционал энергетического спектра сигнала f(t), отражающий форму кривой, огибающей функции спектральной плотности G(w) .

Функционал N представляется рациональными числами в интервале числовой оси от 0 до 1, т.е. аналогичен числам вероятности 1-0. На координатной плоскости , N, где время корреляции, тот.или иной энергетический спектр при данном времени корреляции Ъл и значении функционала

Ni изобразится точкой. Множество тбчек этой координатной плоскости

ния, первый и второй квадраторы 3,4, первый и второй интеграторы 5,6,первый блок 7 деления, первый и второй фильтры 8,9, первый и второй детекточастот, от положения спектра на оси частот, а отражает форму кривой огибающей функции спектральной плот- ности, т.е. отображает распределение мощности по частотам в спектре.

Из этого вытекает возможность ис-i- польэования функционала N как признака при распознавании сигналов по энергетическому спектру.

На чертеже показана схема, поясняющая данный способ.

Устройство по способу содержит - усилитель 1, блок 2 дифференцирова

0

ры 10,11, третий и четвертый интег- ., раторы 12, 13, второй и третий блоки 14,15 деления, блок 16 индикации, генератор 17, делитель 18 частоты, выход 19 значения среднеквадратической частоты c5g, выход 20 значения обобщенной характеристики энергетического спектра, выход 21 значения средневзвешенного произведения частот U)j tO .

Устройство работает следующим образом.

Сигнал f(t), поступающий на вход усилителя 1, в наиболее простом случае в этом устройстве усиливается (если требуется усиление) или преоб5

разуется в электрический, если перт вичный сигнал иной природы, например акустический, или фильтруется (сглаживается) , когда необходимо удалить наложившиеся помехи или идентифицировать энергетический спектр лишь в определенной полосе частот, или огра ничивается по амплитуде, например дл идентификации спектра клеппированных сигналов.

Выходной усиленный сигнал передаеся одновременно на блоки 2 и 4.В блоке 2 дифференцирования сигнал непрерывно дифференцируется.

В блоках 3 и 4, куда поступает соответственно продифференцированный .и первообразный сигналы, оба сигнала квадрируются.

Выходные сигналы квадраторов 3 и передаются через интеграторы 5 и 6 н входы фильтров 8,9. В интеграторах 5 и 6 квадрат производной сигнала и квадрат сигнала интегрируются за время, равное времени (интервалу) корреляции.

Поскольку время интегрирования - один из операционных параметров, которые должны быть стабильны как при определении функционалов для образцовых сигналов, так и исследуемых, то для точного ввода этого времени применен кварцевый генератор 17, обеспечивающий стабильную частоту и делитель 18 частоты, генерирующий управляющие импульсы включения и отключения интеграторов, а также импульсы управления делительными устройствами. В блоке генерации управляющих импульсов может быть предусмотрена регулировка (или автоматическая регулировка) времени интегрирования ,-С .

Результаты интегрирования сигналов в интеграторах 5 и 6 в момент очистки интеграторов передаются в блок 7 деления. В блоке 7 результат интегрирования интегратором 5 квадрата производной сигнала (делимое) делится на результат интегрирования квадрата сигнала интегратором 6 (делитель) , а на выходе блока 7 ся среднеквадратическая (частное).

Выходные величины квадраторов 3 и 4, кроме того, поступают на входы фильтров 8,9, в которых из квадриро- ванных сигналов первообразного и про- извшшой разделителями 9 и 8 соот-

получает- частота й

0

5

0

5

0

5

0

0

wjwk

ветственно выделяются переменные составляющие соответственно формулам.

В блоках 10 и 11 детектирования переменные составляющие выпрямляются.

Выпрямленные значения переменной составляющей квадрата сигнала и переменной составляющей квадрата производной сигнала интегрируются соответственно интеграторами 13 и 12 за время, равное интервалу корреляции 2, аналогично как квадрат сигнала и квадрат произвольной сигнала.

Результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата производной сигнала в интеграторе 12 (делимое) делится на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала в интеграторе 13 (делитель) в блок 14 деления. В результате операции деления на выходе блока 14 получается величина, соответствующая средневзвешенному произве- дению корреляционных частот (частное).

Выходная величина блока 14 - средневзвешенное произведение частот WjWjj - как делимое поступает на блок 15, а выходная величина блока 7 - среднеквадратическая частота tug- как делитель также поступает на блок 15. На выходе блока 15 как частное получается функционал N энергетического спектра сигнала f(t).

Выходной сигнал блока 15, т.е. величина,пропорциональная функционалу N, отображается в блоке 16, например с помощью цифрового люминесцентного индикатора, или используетт ся для управления в виде электрического сигнала 20.

Выходные величины блока 7,пропор- циональные серднеквадратической частоте сог, и блока 14, пропорциональные средневзвешенному произведению частот bJ-ux, также могут быть использованы для управления или распознавания сигналов. Для идентификации энергетического спектра некоторого сигнала f(t), поступившего на вход предварительно (заранее), аналогичным образом составляются таблицы функцио

налов образцовых сигналов N. и таблицы бо ъ , ы л, . Таблицы функционалов образцовых сигналов могут пополняться по мере обследования каждого нового сигнала как в процессе обучения

или пополнения памяти. Полученные по данному способу функционалы для сигнала f(t) сопоставляются с табличными. При совпадении функционала N „ , полученного от неизвестного сигнала, f/t), с некоторым табличным функционалом N ; неизвестный сигнал f(t) принимается (считается) идентичным сигналу fj(t). Если же функционал Мх.не совпадает ни с одним из табличных функционалов, то по таблицам w | и w устанавливается характер его отличий и он может быть зарегистрирован как новый и его функционал внесен в таблицу.

Для управления и самонастройки полученный функционал Му циклически- сопоставляется с требуемым или заданным его значением и отклонение его о заданного вводится в блок формирования управляющего воздействия по критерию оптимизации. Аналогичным образом могут быть использованы и частотные функционалы WjWt. Формула изобретения

,Способ идентификации энергетического спектра сигнала, включающий кварирование сигнала и его производной, интегрирование квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, формирование среднеквадратической частоты путем деления значения интеграла квадрата производной сигнала на значение интеграла квадрата сигнала, отличающийся тем, что, с

Q целью повышения точности идентификации и расширения функциональных возможностей за счет определения распределения мощности по частотам спектра, выделяют переменную состав5 ляющую квадрата производной сигнала и квадрата сигнала, переменные составляющие детектируют и интегрируют за время интервала корреляции, результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей производной сигнала делят на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала, формируют средне25 взвешенное корреляционное произведение частот, которое делят на средне- квадратическую частоту, и сравнивают результат с заданными значениями.

0

Изобретение относится к средствам передачи информации и может применяться для получения дополнительной информации, содержащейся в сигнале, например о его энергетическом спектре. Целью изобретения является повышение точности идентификации и расширение функциональных возможностей за счет определения распределения мощности по частотам спектра.Способ идентификации энергетического спектра сигнала, включающий квадрирование сигнала и его производной, интегрирование квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, формирование среднеквадратической частоты путем деления значения интеграла квадрата производной сигнала на значение интеграла квадрата сигнала, выделение переменной составляющей квадрата производной сигнала и квадрата сигнала, детектирование и интегрирование переменных составляющих за интервал корреляции, деление результатов интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей производной сигнала на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала и формирование средневзвешенного корреляционного произведения частот, которое делится на среднеквадратическую частоту и сравнение результата с заданным значением.1 ил.