Способ быстрого спектрального анализа широкополосных процессов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к области элек- трорадиоизмерений и быстрого спектрального анализа случайных процессов в широкой полосе частот.

Целью изобретения является повышение быстродействия анализа.

Суть способа заключается в том, что в известном способе спектрального анализа, при котором используют дискретные преобразования Фурье (ДПФ) оценки корреляционной функции наблюдаемого процесса, исследуемый частотный диапазаон fmin,fmaxj, разбивают частотными фильтрами на I поддиапазонов fHi. fei ...I, выбирают время дискретизации в каждом поддиапазоне (fBi-fHi) и вычисляют в каждом канале m значений спектральной плотности мощности, границы поддиапазонов выбирают из соотношений fHi/(fei-fHi)tC fan-i fei, ferfmax, -I, где K- любое нату- ральное число, оценки корреляционной функции Kx(ri Ati), . m получают параллельно во всех каналах, ДПФ и вычисление оценок спектральной плотности мощности ex(fm+n Ati),n 1... т,на т дискретных частотах производят отдельно в каждом 1-том

из I каналов, причем разрешающая способность анализа Afi (fei-fHi)/ni Afi

/v+iV 1

У-гт- , а ДПФ в каждом i-том из I каV к /

налов производит путем суммирования

оценок корреляционной функции Kx(hAti), с весовыми коэффициентами B«(h) не зависящими от номера поддиапазона i и равными

С/

С

Brfhh

0,,

япп

cos

m

... m

-О)

если К- четное число и

0,

CJ CJ

N:

Brfh)(-1)h.cos

m

, ... m

(2)

если К нечетное число и умножением полученной суммы на 4Ati

Если исследуемый процесс ограничен частотами fH. fa такими, что ) равно целому числу и время дискретизации (fe-fH), то спектральное окно усеценной оценки спектральной плотности мощности

rt ISMf- 3

имеет в заданном диапазоне только один главный максимум, и погрешности многократного наложения высокочастотных составляющих отсутствуют, поэтому при наличии входных фильтров с достаточно прямоугольной частотной характеристикой оценку спектральной плотности мощности фильтрованной реализации в п- точке tjx(fH+n АО, ... m MI.,«но считать оценкой спектральной плотности мощности входного процесса на частоте fH+n Af, Af(fB-fH)/m Формулу для оценки спектральной плотности Gx(f) в этом случае можно преобразовать к виду

Gx(fH+nA f)4 ,5Kx(0)+

+ 2 MhA t)cos(fH+ nA т)2я hAt (4)

h 1

с учетом того, что A t 1 /2(fB-fH).A f (fe- -fH)/m и fH/(fe-fH)K, следует

Gx(fH+n A f)4 ,5Kx(0)+

+ .2 MhAt)(-1), (5)

m

J,

откуда и вытекают выражения для весовых коэффициентов (1) и (2)

Из приведенных рассуждений и вида формул (4), (5) можно сделать вывод о том, что каков бы ни был номер поддиапазона I, ., I, если границы поддиапазонов выбраны из соотношений fHi/(fBi-fni)K; fHi+i fBi, ... I, где К-любое натуральное число и (fBi-fHi), то для получения оценок спектральной плотности мощности в m дискретных точках с шагом Afi(fBi-fHi)/m в любом из I каналов требуется устройство ДПФ с одним и тем же набором значений функции (-1)нксоз(лгпЬ/т)

ex(fHi+n AfiH ,5 Kx (O) +

J/x ChAt.X-ircos, (6)

1 1 ... I

... m

где Kx ( ) - оценка корреляционной функции, полученная в i-м канале.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующая способ быстрого спектрального анализа широкополосных процессов.

Устройство содержит четыре канала

анализа 1, в каждый из которых входят последовательно соединенные входной фильтр 2, мультикоррелометр 3 на шесть значений мультикорреляционной функции,

коммутатор 4, резисторный делитель 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) б, цифровой перемножитель 7 и накапливающий сумматор 8, выходы всех каналов соединены со входами блока потребления

информации 9, в состав которого входит оперативно запоминающее устройство (ОЗУ) 10, а также блок управления 11, содержащий генератор тактовых импульсов 12, счетчик-делитель на шесть 13, два счетчика

14, 15, два ОЗУ 16, 17.

Устройство работает следующим образом. С генераторов тактовых импульсов (ГТИ) 12 на счетчики 13-15, последовательно поступают импульсы. С приходом очередного импульса на выходе счетчика 13 устанавливается цифровой код, который поступает одновременно на управляющие входы коммутаторов 4 каждого из каналов, вызывая подключение к выходу каждого канального коммутатора 4 одного из выходов канального мультикоррелометра 3. С выхода коммутатора 4 через делитель 5 напряжение поступает на АЦП 6, с которого в цифровом виде поступает на один из входов

перемножителя 7. Упомянутый тактовый импульс поступает на образующие восьмиразрядный счетчик счетчики 14 и 15. Выходной код с этих счетчиков поступает на адресные входы ОЗУ 16, 17, образующие устройство

памяти (в него до начала работы записаны значения весовых коэффициентов Вк(п)

(-1)Khcos , .., 5, ... 5, , ).

С выходов ОЗУ 16, 17 одновременно на вхо- ды канальных умножителей 7 каждого из каналов поступает Цифровой код весового коэффициента B(h), соответствующего текущим значениям п и h

Таким образом, на двух входах перемножителя 7 каждого из каналов одновременно появляются цифровые значения оценки корреляционной функции K(hAti) и весового коэффициента Вк(п)соответственно текущим значениям п и h. Результат перемножения поступает в цифровой накапливающий сумкатор 8. Описанная процедура производится шесть раз для каждого п, после чего на выходе сумматора 8

каждого из каналов i 4 появляется оценка спектральной плотности G( Ati)

Под действием импульса, поступающего со счетчика-делителя на шесть 13, указан- ные оценки спектральной плотности одновременно со всех каналов ... 4, записываются в блок потребления информации 9, где каждому каналу соответствуют свои ОЗУ 10.

После этого с ГТИ 12 на канальные сумматоры 8 всех каналов поступает обнуляющий импульс, и весь описанный процесс повторяется для следующего значения п. После повторения процедуры для всех ... 5, в блоке потребления информации 9 оказываются все I m 20 значений спектральной плотности.

Формула изобретения Способ быстрого спектрального анализа широкополосных процессов, при котором в виде электрических сигналов определяют оценку корреляционной функции процесса Kx(h At) в m+1 точках , 1, ...тис помощью дискретного преобразования хфурье оценок корреляционной функции Kx(h At) определяют оценки спектральной плотности мощности Gx(f) в m точках частоты, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия анализа, исходный сигнал в исследуемом

диапазоне частот Смим, макс) разделяют чя сютными фильтрами на I сигналов в поддиапазонах f,,i, fail. M ... I, границы которых находят из соотношений

JMI fel - fnl

К, fHr Гмин, (H-l);

. .. I,

(где К - любое натуральное число), параллельное все I фильтрованных сигналов дис- кретизируют с временами Ati-1/2(fBi-fHi): Ы,... v определяются них оценки корре- ляционной функции Kx(hAti) (где ,1 ... m) параллельно во всех ... I каналах, полученные сигналы взвешивают с коэффициентами BK(h Ал), не зависящими от номера канала, равными

5

Вк(пДп)

0.5

(-1) .... т,

лгпЬ т

i

т

и затем суммируют, а полученные суммарные напряжения во всех ... I каналах еще раз взвешивают с коэффициентом 4 Ati, про- порциональным оценкам спектральной плотности Gx(fHi+ Afi An), ... m.

Изобретение относится к технике элек- трорадиоизмерений и быстрого спектрального анализа случайных процессов в широкой полосе частот. Цель изобретения - повышение быстродействия анализа - достигается рядом определенных операций и соотношений, приведенных в формуле изобретения. 1 ил.