Способ адаптивного спектрального анализа Советский патент 1992 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа энергетического спектра в условиях малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов, например, при обнаружении гармоник в шуме.

Целью изобретения является повыше- , ние точности анализа.

На фиг. 1 представлена структурная схема адаптивного спектроанализатора, реализующего данный способ; на фиг. 2

представлена структурная схема фильтра предсказания.

Адаптивный спектроанализатор содержит последовательно соединенные входной аналого-цифровой преобразователь 1, первый блок 2 памяти,, фильтр 3 предсказания, измеритель 4 дисперсии, первый блок 5 обращения, умножитель 6, сумматор 7, второй блок 8 памяти, второй блок 9 обращения, вход которого также соединен со вторым входом сумматора 7, а второй выход фильтра 3 предсказания подключен к информациvj

VI

Ю

онному входу блока 10 преобразования Фурье, выход последнего соединен со вторым входом умножителя 6. Выходы блока

11управления подключены соответственно к синхровходу умножителя б и управляющему входу блока 8, управляющему входу блока 10, к первому управляющему входу фильтра 3, к адресному входу блока 8, к адресному входу блока 2, к управляющему входу блока 2 и второму управляющему входу фильтра 3, к управляющему входу преобразователя 1,

Фильтр предсказания 3 содержит последовательно соединенные вычислитель

12корреляционной матрицы, блок 13 обращения матрицы, умножитель 14 и накапливающий сумматор 15.

Оценивание энергетического спектра способом адаптивного спектрального анализа производят путем квантования по времени и уровню входного процесса x/t, запоминания полученных отсчетов данных Хп, вычисления коэффициентом фильтров линейного предсказания с первого по М-й порядок ai, m(i 1. m; m 1, M) и соответствующих квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик Km2(f), определения весовых коэффициентов Am по дисперсиям

откликов dm фильтров предсказания с первого по М-й порядок, взвешивания квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик Km2(f) (m 1, М) с соответствующими .коэффициентами Am, суммирования с накоплением полученного результата и обращения полученной суммы.

Анализатор спектра (фиг. 1) работает следующим образом: в исходном состоянии в блоке 8 памяти, измерителе 4 дисперсии, накапливающем сумматоре 15, установлены нулевые начальные значения. При подаче исследуемого процесса хп на вход адаптивного спектроанализаторз аналого- цифровой преобразователь 1 формирует последовательность отсчетов хп, которые запоминаются в блоке 2 памяти в соответствии с управляющим и адресным сигналами, поступающими на его соответствующие входы с 6-го и 5-го выходов бпока 11 управления. С выхода блока 2 памяти отсчеты хп поступают на вход фил ьтраЗ предсказания, в котором формируются коэффициенты линейного предсказания ai, m и отклик фильтра In, m (n 1, m, m - 1, M) по сигналам управления поступающими с 3-го и б-го выходов блока 11.

Коэффициенты ai, m подаются на вход блока 10 преобразования Фурье, в котором по управляющему сигналу со второго выхода блока 11 происходит вычисление отсчетов квадрата модуля амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 М-го порядка

Км2(т)

рр

г . Последние с выI 2/ ап,м е n 1

хода блока 10 поступают на вход умножителя 6, на другой вход которого подается значение весового коэффициента AM с выхода блока 5 обращения. В измерителе Q 4 дисперсии и блоке 5 происходит вычисление коэффициента Ам 1/ом , где

0м(1/М) § еЈ.м,

по отклику en, м

n 1

фильтра предсказания М-ro порядка. По сигналу, поступающему с первого выхода блока 11 управления на управляющий вход умножителя 6 происходит взвешивание значений квадрата модуля амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 предсказания с соответствующим коэффициентом, AM и значения результата AM KM (f) через сумматор 7 и блок 8 памяти поступают на блок 9 обращения, в котором вычисляется оценка спектра См(т) о$л 11 Км2(т) I.

В теории спектрального оценивания показано, что точность результирующей оценки Ом(0 возрастает при увеличении порядка М фильтра 3 предсказания. Поэтому на

практике М выбирают по возможности большим, порядка 8...10. Однако при ограниченном количестве входных отсчетов XL X2

хп, при увеличении М для оценки спектра GM(T) характерно появление в спектре дополнительных (ложных) составляющих и смещение частоты истинных гармонических сигналов. Возможно повышение точности оценки спектра путем уменьшения порядка М, но при этом одновременно уменьшается

количество истинных составляющих в спектре (не выявятся в оценке спектра истинные гармонические сигналы) и ухудшается разрешающая способность.

Для увеличения точности оценивания

спектра адаптивным спектроанализатором при ограниченном количестве отсчетов {хп} (п 1, N), дополнительно вычисляют квадраты модулей амплитудно-частотных характеристик Km2(f) фильтров предсказания с

первого по (М-1)-й включительно и весовые коэффициенты Am (m 1, (М - 1), аналогично порядку М.

Для сохранения истинных составляющих в оценке спектра и получения высокой разрешающей способности квадраты амплитудно-частотных характеристик Km (f) (m i, (M - 1) умножают на соответствующие коэффициенты АЩ в умножителе б и с его выхода подают на вход сумматора 7,

на второй вход которого поступает сумма

взвешенных квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания с М-ro по (т + 1)-й порядок

м

включительно 2 k Kj (f). Результат сум- J m + 1

мирования

S 4 к,:

(f) no сигналам адреса

и управляющему поступающим с выходов 4 и 1 блока 11 управления на соответствующие входы блока 8 памяти записывается в последний и затем поступает на второй вход сумматора 7 для получения следующей весовой суммы. Результирующая оценка спектра формируется на выходе блока 9 обращения после взвешивания квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания с первого по М-й

G(f)1/ (f).

включительно

Формула изобретения

1. Способ адаптивного спектрального анализа, заключающийся в формировании из N последовательных отсчетов сигналов, пропорциональных коэффициентам фильтра линейного предсказания 1-го, 2-го, .... М-ro порядка, Фурье-преобразовании сигналов коэффициентов

фильтра предсказания М-го порядка, детектировании сигналов, пропорциональных квадрату амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания М-ro порядка. отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, подвергают Фурье-преобразованию сигналы коэффициентов фильтров предсказания 1-го. 2-го..... (М-1)-го порядков, детектируют сигналы,

пропорциональные квадратам амплитудно- частотных характеристик фильтров предсказания с 1-го по ( включительно, умножают на соответствующие сигналы весовых коэффициентов, суммируют с умноженным на соответствующий весовой коэффициент сигналом квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания М-го порядка и результирующий суммарный сигнал подвергают нелинейному преобразованию, получая при этом окончательную оценку спектра.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что при определении сигналов весовых коэффициентов подают .N последовательных отсчетов данных на фильтр предсказания М-ro порядка, его сигнал отклика детектируют и интегрируют на конечном временном интервале и полученные при этом оценки дисперсии отклика подвергают

нелинейному преобразованию.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа энергетического спектра в условиях малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов, например, при обнаружении гармоник в шуме. Цель изобретения - повышение точности анализа. Эта цель достигается тем, что при фиксированном объеме выборки подвергают Фурье-преобразованию коды коэффициентов фильтров предсказания 1-го, 2-го (М-1)-го порядков, получают набор отсчетов квадратов амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания с 1-го по (М-1)-й включительно, умножают на соответствующие коды ве- совых коэффициентов, после чего суммируют с умноженными на соответствующий весовой коэффициент, отсчетами квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания М-го порядка и результирующий сигнал суммирования обра-, щают, получая при этом окончательную оценку спектра. Способ заключается также в том, что из наблюдаемого процесса берут последовательных отсчетов данных, формируют по ним последовательно цифровые коды, соответствующие коэффициентам фильтра линейного предсказания 1-го, 2-го, .... М-го порядка, коды коэффициентов фильтра предсказания М-го порядка подвергают Фурье-преобразованию, берут от результата модуль и возводят его в квадрат, получают при этом отсчеты квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания М-го порядка. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 5 fe

М

G(f)