SU834577A1 - Способ анализа спектра сигналов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ АНАЛИЗА СПЕКТРА СИГНАЛОВ

Изобретение относитс  к иам ительной технике и Может быть использовано дл  определени  собственных и взаимны спектральных характеристик детерминированных и случайных сигналов. Известны способы анализа основанны на п иодической выборке мгновенных значений сигнала и весовом суМмировашш выборочных значений сигнала ft. Однако точность их анализа недостаточна , так как они i. ггозвол  ют выдел ть амплитуду и фазу гармоник периодических сигналов и находить оценки взаимных спектров. Цель изобретени  - повьпиение точности анализа. Указанна  цель достигаетс  за счет того, что в способе анализа спектра сиг налов, основанном на периодической выбо ке мгновенных значений исследуемого сигнала и весовом суммировании заданного числа выбираа ых значений при перестройке частоты анализа путем изменени  периода выборки, производ т дополнительную периодическую выборку мгновенных значений исследуемого сигнала с тем же периодом выборки, но сдвинутым по отношению к исходной выборке на отрезок времени, обратно пропорциональный учетверенной частоте анализа , раздельно суммируют с заданным весом полученные выборки, при этом период исходной и дополнительной выборок устанавливают кратным величине, офатно пропорциональной частоте анализа. На чертеже приведена структурна  схема устройства, реализующего предла- гаемый способ. Оно содержит два идентичных канала, работазс пих синхронно и синфазно дл  входных сишалов, каждый из которых состоит из дискретиэаторов t и 2, сумматоров 3 и 4, сдвиговых регистров 5 и 6, преобразовател  7 и синхронизатора 8. Синхронизатор 8 настроен так, что на его выходе вьфабатываютс  пары управл ющих сигналов, второй из которых будет по вл тьс  после первого через интервал времени f/V 4/4 ие . частчэга , на которой осуществл етс  анализ спектра. Период д сигналов устанавливаетс  равным -л / или K/f i целое число.

На выходе 9 синхронизатора 8 вьфаб тываетс  сери  управл ющихс  сигналов, определ ема  видом преобразований, необходимых характеристик по действительной и мнимой составл ющих оценок преобразовани  Фурье исследуемых сигналов. Эти сигналы по вл ютс  после того, как с помощью сумматора просуммируетс  заданное число N выбираемых значений исследуемых сигналов в каждом сигнальном канале.

Число N может задаватьс  либо из конструктивных соображений либо как цела  часть отношени  интервала времени Т на котором анализируютс  исследуемые сигналы, к пер|1оду выборки Д . В свою очередь, Т может определ ть из требований необходимого разрешени  по частоте или других требований цо известным правилам..

Анализ спектра осуществл етс  следующим образом.

Перед началом анализа анализатор устанавливаетс  в исходное состо ние, при котором сумматоры 3 и 4, сдвиговые регистры 5 и 6, регистры преобразовател  7 обнулены, синхронизатор 8 настроен так, что период следовани  парных управл ющих сигналов на выходе 9 ., равен Д . Значение коэффициента К выбираетс , исход  из быстродействи  элементов анализатора, инте)вала Т анализа сигнала, предельных или целесообразных значений числа N суммируемых выборочных значений исследуемых сигналов. ЕСЛИ анализируемый сигнал узкополосный то коэффициент кратности К выбираетс  так, чтобы при заданном интервале анализа Т -fff,

В простейшем случае Al/f . Затем задаетс  число N . После этого анализатор готов к проведегапо анализа на частоте .

Исследуемые сигналы X(-t) , Jf(-t) подаютс  на вход своих дискретизаторов I и 2, запускаетс  синхронизатор 8. Момент по влени  первого управл ющего сигнала первой пары сигналов на выходе Ю синхронизатора 8 принимаетс  за начало отсчета времени 0 . После по влени  первого сигнала первой пары управл ющих сигналов на выходе 1О синхронизатора 8 дискретизаторы 1 и 2 осуществл ют выборку мгновенных зна-чений . сигналов в момент времени . Поскольку дл  XC-t) и v/(tj работа пройсходит аналогично, далее рассмотрим только сигнал x(tj .

Полученное выборочное значение X (О)

посредством сумматора 3 суммируетс  с заданным весом tip с содержимым второго каскада сдвигового регистра 5 (в данном случае оно равно нулю, так

как перед началом анализа регистр был обнулен). Полученное значение суммы R(u)(|)(0) записываетс  в первый каскад регистра 5, содержимое которого (в данном случае нуль) переписываетс 

5 во второй каскад.

Через интервал времени v после первого сигнала на выходе 10 синхронизатора 8 по вл етс  второй сигнал первой пары утфавл ющих сигналов. Дискре0 тизатор I вырабатывает первое выборочное значение К v рполнительной периодическр выборки. Сумматор 3 получает .сумму X-}V(A)IQ Xfv) выбранного значени  x(v) с заданным весом lip и

5 содержимого второго каскада регистра 5 (в данном случае нуль). Полученна  сумма записываетс  в первый каскад регистра 5, из которого ранее полученна  сумма () переписываетс  во второй каскад.

Через интервал времени X после первого сигнала первой пары управл ющих сигналов на выходе Ю синхронизатора 8 по вл етс  первый сигнал второй пары управл ющих сигналов. Дискретиза тор I вырабатывает второе выборочное значение Х( Д), производитс  его взвешенное (с весом li ) суммирование со значением ((a) , содержащимс  во втором каскаде регистра i, запись полученного

результата R,x( Я)(л)+Н(д)в

первый каскад регистра и переписьТ- СЛ из, первого каскада регистра во второй. Далее в момент времени по второму сигналу второй пары управл ющих

сигналов на выходе Ю синхронизатора дискретизатор I производит выборку значени  X ( Д v V) г которое с заданным весом hJJ суммируетс  со значением нием 1,у fд) . Полученное на выходе

50 сумматора 3 значение l:,j(A) (Д)-ь + hl.,(/J+V) записываетс  в первый каскад регистра 5, а его содержимое переписываетс  во второй каскад.

Указанные операции выполн ютс  N

Claims (1)

1. 55 раз, в результате чего в первом каскаде регистра 5 будет значение суммы1| у( Д) а во втором каскаде - значение сум мы RNX(. Полученные значени  Й..(д) Hj(fci) принимаютс  за действительную и мниму составл ющие оценки преобразовани  Фурье исследуемого сигнала X(i| на участке Го,т Аналогично синхронно получаютс  R,( и (д), так что через N -t периодов парной выборки сигнала if(-t) во втором и первом каскадах регистра преобразовател  7 будут соаержатьс  значени  RNV) и . После этого по управл ющим сигналам с синхронизатора 8 значени  Р(л) иЗi((д)пepeдaютc  -в преобразователь 7, где по сигналам с выхода 9 синхронизатора 8 производитс  их преобразование , необходимое дл  получени  анализируемой спектральной характеристики . Например, если необходимо проанаь, лизировать на частоте значение спект ра мощности или энергии 1 (ш) сигнала X(i) |То в преобразователе 7 находитд  С , При анализе фазового спектра ф.,(из на частоте -f находитс  ф NX {lA). При анализе взаимных спектров Cxi/ ) сигналов X(-t) и v(tJB преобразователе 7 , находитс  опенка CMXVC - , Весовые коэффициенты 11,1; опреде-. л ютс  согласно требуемой весовой функции или из конструктивных соображений , например из услови  наиболее дешевой реализации сумматора. Т.аким / образом, предлагаемый способ позвол ет анализировать собствен . ные и взаимные спектральные характеристики детерминированных и случайных сигналов, значительно расширив возможности способа - прототипа и обеспечиве  при этом уменьшение дисперсии оценок спектральных плотностей. Его реализаци  в технических устройствах позволит в несколько раз уменьшить объем оборудовани  и повысить быстродействие по сравнению с устройствами, основанными на использовании преобразовани  Фурье, в частности быстрого преобразовани  Фурье, за счет устранени  умножителей и генераторов опорных гармонических сигналов и выбора cooiv ветствующего .значени  коэффициента кратности К. Формула изобретени  Способ анализа спектра сигна.пов, основанный на периодической выборке мгновенных значений исследуемого сигнала и весовом . суммированш задан-.- iного числа выбираемых значений при перестройке частоты анализа путем изменени  периода выборки .отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности анализа, производ т дополнительную периодическую выборку мгновент ных значений исследуемого сигнала, с тем же периодом выборки, но сдвинутым по отношению к исходной выборке на отрезок времени, обратно пропорциональный учетверенной частоте анализа, раздельно суммируют с заданным весом полученные выборки, при этом период исходной и дополнительной выборок устанавливают кратным величине, обратно пропорциональной частоте анализа. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР № 253193, кл. &OIR 23/16, 1969.