Способ определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

Шог.1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения параметров полигармонического сигнала на фоне шума.

Цель изобретения - повышение точности определения частот и амплитуд сигнала за счет уменьшения влияния шумов.

Сущность способа определения час- тот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала заключается в формировании двух промежуточных сигналов и последующем вычислении спектра исследуемого сиг- нала,-по положениям и значениям максимумов которого измеряют соответственно частоты и амплитуды гармонических составляющих. Первый промежуточный сигнал получают в виде авто- корреляционной функций исследуемого сигнала, но значения этой корреляционной функции для временных задержек от нуля до значения, равного максимальному интервалу корреляции шума, не измеряют. Тем самым, теоретически полностью исключается влияние шума на последующие преобразования сигнала, если автокорреляционная фунющя шума является затухающей. Второй промежуточный сигнал получают IB виде автокорреляционной функции первого промежуточного сиг нала., Спектр исследуемого сигнала на каждой из частот определяют как корень квадратный из соответствующего данно частоте значения преобразования Фурье второго промежуточного сигнала

На фиг.1 приведены временные диаграммы сигналов, поясняющие предлага- емый способ; на фиг.2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Исследуемый сигнал yU) (.фиг.1) является суммой гармонического сиг- нала x(t) и rayMaQ(t). Известно, ,что,если сигнал не коррелирован с шумом, то автокорреляционная функция R(Ј() суммарного сигнала y(t) x(t) + W(t) является суммой ав- токорреляционных функций сигнала Rx(Ј,) и шума ,) , что и показано на соответствующей временной диаграмме фиг.1. Чтобы исключить влияние шума на последующие преобразова- ния сигнала, необходимо в следующем преобразовании исключить значения автокорреляционной функции ис- ледуемого сигнала, в которых значения автокорреляционной функции R f (ft, гармонического сигнала x(t) суммируются с ненулевыми значениями автокорреляционной функции , ) шума (штрих-пунктир на временной диаграмме ),, фиг.1). Именно введение временной задержки , равной максимальному интервалу корреляции шума при измерении первого промежуточного сигнала R(Ј, ), позволяет исключить влияние шума на последующие преобразования сигнала, хотя с другой стороны исключает возможность измерения спектра исследуемого сигнала через преобразование &урье первого промежуточного сигнала Rf(Ј« ). Так как автокорреляционная функция полигармонического сигнала в шуме -после интервала i/0 является асимптотически полигармонииеекой функцией с гармоническими составляющими тех же частот, что у сигнала, то возможно повторное измерение автокорреляционной функции, т.е. получают второй промежуточный сигнал К(С2), который является автскорреляционной функцией первого промежуточного сигнала, причем R(1X ) также является асимптоти- 1.

чески полигармонической функцией с гармоническими составляющими тех же частот, что у cnrHana.) и R,( °i) отличаются лишь тем, что их гармонические составляющие входят в сумму с разными множителями при них. Поэтому при вычислении спектра исследуемого сигнала из значения преобразования Фурье R) на данной частоте извлекается квадратный корень.

Предлагаемый способ может применяться для определения частот и амплитуд гармонических составляющих в шуме только полигармонического сигнала. Это объясняется тем, что автокорреляционная функция является полигармонической только для полигармонического сигнала, и поэтому возможно именно то ее дополнительное преобразование, которое было рассмотрено. Кроме того, автокорреляционная функция шума должна быть затухающей, и шум не должен быть коррелирован с полигармоническим сигналом. Данное требование выполняется в подавляющем большинстве практических случаев. Априори необходимо знать или заранее определить максимальный интервал корреляции шуна Ј0 . Но если значение заранее неизвестно, то можно принять его большим некоторого разумного предела, который по практическим соображениям не может быть меньше Ј. (например,

Ј 7 &Ј гле Д разрешающая способность измерительного прибора по частоте).

Устройство (фиг.2) содержит знало- го-цифровые преобразователи (АЦП) 1 и 2, ключ 3, формирователь А временной задержки, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 5-7, идентичные блоки 8 и 9-корреляционной обработки, блок 10 быстрого преобразования Лурье, блок 11 извлечения квадратного корня и блок 12 индикации.

Устройство работает следующим

образом.

Исследуемый сигнал поступает на вход устройства и преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП 1 и 2. С выхода АЦП 1 сигнал непосредствен- но записывается в ОЗУ 5, а с выхода АЦП 2 на вход ОЗУ 6 тот же слгнал поступает с задержкой С0 IPLO &t, . где nCff C0/u.t, A t - интервал дискретизации ь 8 корреляционной обработки последовательно для всех Ј„ из диапазона Ј,Ј: M-fit вычисляет соответствующее значение оценки автокорреляционной функции И( Јо + ro-utXm 0,1..: ,М - сигнал на выходе ОЗУ 6, М - размер ОЗУ 7).

По окончании выполнения агоритма результат записывается в соответствующую ячейку ОЗУ 7.

Таким образом, в ОЗУ 7 формиру- ется первый промежуточный сигнал R f (Ј,). С выхода ОЗУ 7 первый промежуточный сигнал поступает на второ блок 9 корреляционной обработки, на выходе которого формируется второй

промежуточный сигнал К( 0С ). Второй промежуточный сигнал поступает на блок 10 преобразования урье, который формирует сигнал в виде последовательности значений преобразования Лурье второго промежуточного сигнала, из которого извлекается квадратный корень в блоке 11 извлечения квадратного корня. Блок индикации обеспечивает отображение значений полученного спектра исследуемого сигнала в графическом режиме на ос- цшшографической трубке, а также отображение значений частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала по положению маркера на графикР спектра.

Таким образом, за счет использования второго автокорреляционного преобразования преобразование Фурье этого сигнала не содержит спектра шума, что и почв.чляет повысить точность определения частот и амплитуд сигнала.

Формула изобретения

Способ определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала, основанный на автокорреляционном преобразовании исследуемого сигнала и преобразовании Лурье, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, автокорреляционное преобразование сигнала выполняют с временной задержкой не менее максимального интервала корреляции шума, осуществляют дополнительное автокорреляционное преобразование сигнала и по соответствующему данной частоте значению преобрасования Фурье определяют частоту и амплитуду гармонических составляки х.

У

Изобретение может быть использовано для определения параметров полигармонического сигнала на фоне шума. Цель изобретения - повышение точности определения частот и амплитуд сигнала за счет уменьшения влияния шумов. Способ реализован в устройстве, содержащем аналого-цифровые преобразователи 1 и 2, ключ 3, формирователь 4 временной задержки, оперативные запоминающие устройства 5, 6 и 7, блоки 8 и 9 корреляционной обработки, блоки 10, 11 и 12 быстрого преобразования урье, извлечения квадратного корня и индикации соответственно. Преобразование исследуемого сигнала выполняют с временной задержкой не менее максимального интервала коррекции шума, проводят его дополнительное автокорреляционно преобразование, и по соответствующему данной частоте значению преобразования Фурье определяют частоту и амплитуду гармонических составляющих. 2 ил. а $ С

Фиг