Способ нелинейной обработки сигналов Советский патент 1989 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовайо в приборостроении, в технике связи, акустике, в кибернетике при автоматическом распознавании сигналов.

Цель изобретения - повьшгение производительности измерений сигналов со сложной частотной структурой.

По предлагаемому способу анализи- руемьй сигнал разделяют на частотные составляющие, размещаемые вдоль пространственной координаты на расстояниях, пропорциональных логарифмам значений их частот. Огибающие полученных частотных составляющих после

оценки их уровня используют для из- мерения параметров структуры на участках, соответствующих координатам расположения аьтлитуд В1аделеных час- тотных составляющих сигнала.

Для выявления характеристики получившейся неоднородной структуры применяется тактовьм сигнал, поступаю- щий из источника сигнала и распространяющийся вдоль структуры. Отклики структуры на тестовый сигнал существенно зависят от величины и мест расположения изменений ее параметров, вызванных частотными составляющими анализируемого сигнала. Частотный анализ откликов структуры на тестоСП

iNd 01

О)

вый сигнал пр.едставляет собой совокупность компонент спектра, значения частот и амплитуд которых используют в качестве отображения сигнала.

На чертеже изображено устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 анализируемых сигналов, источник 2 тестрвого .сигнала 6, линию 3 задержки (ЛЗ), одновременный анализатор 4 спектра (ОАС), детекторы 5.

Источники 1 и 2 сигнала включены последовательно между входами ЛЗ 3 и входами ОАС 4, выходы последних подсоединены через детекторы 5 к уп- равляхяцим входам ЛЗ 3. Обрабатываемы сигнал подают от источника на вход ОАС 4 через последовательно соединенный с ним вход ЛЗ 3. Параметры ОАС и ЛЗ -выбраны так, что входное сопротивление ОАС в диапазоне анализируемого сигнала является активным, а входное сопротивление ЛЗ существенно зависит от распределения неоднород- ностей волнового сопротивления вдоль ее длины.

На выходах ОАС основу которого составляет известный преобразователь I частота - координата (ПЧК), формиру- ют напряжение в соответствии с час- тотной структурой сигнала и пространственно-частотными характеристиками самого ОАСс Напряжения с выходов ОАС через детекторы 5 подают на управля- кяцие входы ЛЗ; От значений напряжений, приложенных к управляющим входам ЛЗ, зависят величины погонных волновых сопротивлений соответствую- I пщх ее участков. Действием управляющих напряжений формируют в ЛЗ участки с резким изменением погонного волнового сопротивления, что соответственно сказывается на характеристике входного сопротивления получившейся неоднородной ЛЗ.

Пространственное, распределение неоднородностей вдоль ЛЗ отражает частотную структуру сигнала с учетом его преобразований в ОАС. Так, если в ОАС используется известный ПЧК, то координата максимального отклика на тональный сигнал связана с его частотой логарифмической зависимостью, Т.е.

X - D - В Inf, где D и В - постояннце величины,

f - частота сигнала, вызывающего максимальный отклик в т. X на ОАС. Если сигнал.состоит из двух составляющих с частотами f и f., то они вызывают максимальные отклики на ПЧК в т. X. и х

0

5

5

0

0

5

0

5

0

5

X, D - В, х, D - В,

.отсюда разность, т.е. интервал между точками максимального возбуждения на ОАС, пропорцнонален отношению частот компонент, составляющих сигнал.

Следовательно, сигнал с компонентами, частоты которых находятся в одинаковых отношениях характеризуются тем, что точки максимального возбуждения на ОАС при действии таких сигналов находятся друг от друга на одинаковом расстоянии.

Соответственно на ЛЗ неоднородности, возникающие вдоль нее при действии таких сигналов, также находятся друг от друга на одинаковом расстоянии. Следовательно, особенности частотной структуры сигналов оказывают- ся отраженными в относительном расположении неоднородностей вдоль ЛЗ. Причем, при данном типе САС все сигналы, компоненты которых по частоте находятся в одинаковом отношении, характеризуются общим признаком,в именно неоднородности вдоль ЛЗ, возникающие под действием управляющих сигналов с детекторов, располагаются друг от друга на одинаковом расстоянии. Для выявления характера расположения неоднородностей вдоль ЛЗ на ее вход подают импульсный тестовый сигнал, вызывающий в неоднородной ЛЗ собственные колебания. Собственные частоты колебаний в ЛЗ с резкими нарушениями однородности определяются временем распространения волны между участками со скачкообразным изменением волнового сопротивления.

По предлагаемому способу на устройстве наряду с анализируемьи сигналом тестового импульса в неоднородной ЛЗ возбуждаются собственные колебания, частоты которых отражают свойства частотной структуры анализируемых сигналов. Так как ЛЗ соединена последовательно с ОАС и источником сигнала, то возникшие в ней

51

колебания поступают в ОАС и вызывают на его выходах отклики, характе- рирующие частоту собственных колебаний ЛЗ. Тем самым выявление отличительных признаков в частотной структуре анализируемых сигналов по предлагаемому способу сводится к измерению собственньк частот колебаний неоднородной ДЗ с неоднородностями, управляемыми с выходов ОАС, обладающего заданными характериситиками прО странственно-частотной селекции. При этом определение значений частот соб ственных колебаний ЛЗ может осуществляться как методом определения местоположений максимумов на специально выделенном для этой цели участке ОАС, так и с помощью отдельного измерительного анализатора, подключаемого параллельно ОАС, причем выходы такого дополнительного анализатора с ЛЗ не должны быть связаны. Распознавание сигналов (к ним относятся, например, аккорды одного типа независимо от тональности, гласные звуки независимо от высоты тока и т.п.) происходит по признаку появления соб ственных колебаний ЛЗ в заданном час тотном участке. При этом выявление такого признака осуществляется в процессе действия сигнала на устройство и производится в реальном времени с автоматическим слежением за изменением структуры сигнала при передаче информациио

Процессы в ЛЗ записываются телеграфными уравнениями ,

525610

введем

.- 1- й - (r+jCOL)U 9х

Уравнение для имеет вид

(3)

10

Ч .

Эх

i + (r+jUL)-jCOC(x)-0. (4)

Уравнение (4) является уравнением Рикатти, решение которого может быть найдено для частных видов зависимос- 15 ти С(х). Предположим, что сигнал

состоит из двух гармонических сое- г тавлякяцих, т.е.

20

, t+A sincOj t.

Тогда его спектр может быть представлен в форме

S(Q) 2:Aj(CO-CO;)

где S(CO-W;) - дельта-функция. Кроме того, будем считать, что в диапазоне частот анализируемого сигнала входной импеданс ОАС значительно больше входного импеданса ЛЗ в этом случае можно записать . Указанное условие может быть выполнено с помощью выбора параметров ОАС н ЛЗ; Коэффициент передачи ОАС Н (jW;x) характеризуется соотношениями

X; D - В In U;,

(5)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, технике связи, акустике, в кибернетике при автоматическом распознавании сигналов. Целью изобретения является повышение производительности измерений сигналов со сложной частотной структурой. Для этого анализируемый сигнал разделяют на частотные составляющие, размещаемые вдоль пространственной координаты на расстояниях, пропорциональных логарифмам значений их частот. Огибающие полученных частотных составляющих после оценки их уровня используют для измерения параметров структуры на участках, соответствующих координатам расположения амплитуд выделенных частотных составляющих сигнала. Практическая реализация предлагаемого способа подтвердила достижимость сокращения избыточности в описании отображения сигналов, отличающихся друг от друга частотным масштабом. 1 ил.

9и Зх

1

Э1 Эх

YQ,

погонный иктевданс

продольной ветви ЛЗ полная погонная проводимость поперечной ветви ЛЗ в т. X, входное напряжение

ОАС ,

проводимость и емкость в поперечном сечении ЛЗ в т. X., круговая частота. const, г - const, . . ..

(r+JQL)U-0, (2)

..

(1)

40 H(j03;x)

1 при ( О при ,

где X - координата (номер фильтра), СО , - частота действующего сигнала, D,B - постоянные, зависящие от

параметров преобразователя частота - координата, входящего в качестве состав- ной части в ОАС.

Анализатор, обладающий указанными свойствами, реализуется в виде соче- тания известного ПЧК, с устройствами преобразования частотозависимых напряжений .

Тогда вьфажение для напряжений на выходах анализатора будет иметь вид

W(x)

. j. .

j(P)H(jOO,x)e (/CO )

A, J(x-x,)+AjS(x-x).

(7)

противления от координаты может быть найдено методом разделения всей ЛЗ на однородные участки и сшивания решений г полученных на каждом из них на грани- Тем самым зависимость погонной волно- Приближенная формула, описываю- вой проводимости линии задержки от входной импеданс ЛЗ, погонное , координаты X будет иметь видволновое сопротивление которой резко уменьшается в точках с координа- 10 тами х и х, имеет вид при условии

г

Решение уравнения Риккати при указанном виде зависимости волнового со„-2(iA

.-«i А СО

Z

, . е- -a)C,,t8-.(x-x,)

6х

T7J:e - Т

СО (С +Со)е

-ciA

Т сосоСо ТАГ со 7 чТ V -c;;c; « -QO-K- J

функции имеют много места е выполняется условие

йбА|

СО GO „ООН д. It / л

-Z-W-e tg---(x,,-x,)0, 30

М„ 2

CD

с5;

(10)

При малой левой части решения полученного уравнения близки к значениям аргумента, в которых соблюдается соотношение

..

I

С4 (

(11)

где

fj. - собственные частоты ЛЗ, ,1,2...

В общем случае корни трансцедентного уравнения (10), определяющие частоты f собствен1 ых колебаний ЛЗ, могут быть получены графически или приближенными методами. Значения корней уравнения (10) определяются при прочих равных условиях разностью координат местоположений неоднородностей а не их абсолютными значениями.

Из полученной формулы можно сделать вывод о том,- что значения собственных частот неоднородной линии рассмотренным методом формирования неоднородностей зависит только от отношения частот компонент, составляющих сигнал и параметров линии L, С,,

А.

Ч

15

11

СО

-.

(9)

Го Из соотношения (t1) следуетj что с помощью рассмотренной блок-схемы реализуется основное свойство предлагаемого способа обработки сигналов, а именно - сигналы, состоящие из компонент, отношение значений частот которых одно и то же, отображаются одинаково.

Таким образом, практическая реализация предлагаемого способа обработки сигналов позволяет сократить избыточность в описании отображения сигналов, отличающихся друг от друга частотным масштабом.

Формула изобретения

Способ нелинейной обработки сиг- налов, заключающийся в том, что спектр исходного сигнала разделяют на N частотных составляющих, преобразуют частотную зависимость спектра, в координатную согласно соотношению х| 1пСО; , где СО; - i-й частотный диапазон, отличающий- с я тем,, что, с цех1ью повьш1ения производительности обработки, погонную проводимость лирши задержки в i-й точке изменяют в соответствии с i-й амплитудной составляющей спектр возбзтадающимися тестовыми сигналами собственных колебаний является отображением исходного сигнала.

0