WO2006034763A2 - Verfahren und vorrichtung zur spektrumanalyse eines nutz- oder rauschsignals - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur spektrumanalyse eines nutz- oder rauschsignals Download PDF

Info

Publication number
WO2006034763A2
WO2006034763A2 PCT/EP2005/009254 EP2005009254W WO2006034763A2 WO 2006034763 A2 WO2006034763 A2 WO 2006034763A2 EP 2005009254 W EP2005009254 W EP 2005009254W WO 2006034763 A2 WO2006034763 A2 WO 2006034763A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
frequency band
frequency
spectrum analysis
signal
sampling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/009254
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2006034763A3 (de
Inventor
Gregor Feldhaus
Hagen Eckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Original Assignee
Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohde and Schwarz GmbH and Co KG filed Critical Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority to US11/663,939 priority Critical patent/US8768638B2/en
Priority to EP05785761.7A priority patent/EP1794602B1/de
Publication of WO2006034763A2 publication Critical patent/WO2006034763A2/de
Publication of WO2006034763A3 publication Critical patent/WO2006034763A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
    • G01R23/167—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters with digital filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/18—Spectrum analysis; Fourier analysis with provision for recording frequency spectrum

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for spectral re-analysis of a useful or noise signal.
  • the analysis of a payload or noise signal with a spectrum analyzer or at a noise meter requires spectrum analysis over a wide frequency range.
  • the entire frequency range to be measured is subdivided into a plurality of frequency bands, each of which is measured with different frequency resolution. For example, it may be useful to reduce the frequency resolution with increasing frequency distance to the measurement signal.
  • lower-frequency frequency bands frequencies bands with a low frequency offset to the measurement signal
  • higher-frequency frequency bands frequency bands with a large frequency offset to the measurement signal
  • the intermediate frequency signal is sampled and subjected to FFT analysis.
  • analog filters are used in the IF intermediate path and the analyzer is operated in a sweep mode.
  • the total measuring time T MGes results from the sum of the measuring times T Mi of the individual frequency bands.
  • the measurement time T Mi per frequency band is again composed of a multiple of the additive combination corresponding to the number of averaging from data acquisition time T 11631 and data evaluation time T PFTiJ for the Fourier analysis plus an averaging time T Miti and presentation time T dispi together.
  • the data acquisition time T Mesi _ .. in the respective frequency band is in turn proportional to the frequency resolution of the respective Frequency band.
  • the total measuring time T MGes results according to equation (Ia).
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for digital spectrum analysis, in particular digital Fourier analysis, of a signal in a plurality of frequency bands, wherein the frequency resolution in the different bands may be different.
  • the method and the device tion for digital spectrum analysis, in particular Fourier analysis should on the one hand enable uninterrupted data acquisition for each frequency band and on the other hand considerably minimize the total measuring time of the digital spectrum analysis.
  • the object of the invention is achieved by a method for spectrum analysis of a signal having the features of claim 1 and by a device for spectrum analysis of a signal having the features according to claim 14.
  • a sampling sequence with a sampling frequency required for the respective frequency band is cyclically generated without interruption from the signal to be analyzed during the data acquisition for each frequency band.
  • This sampling sequence which is specific for each frequency band, is generated over a plurality of sampling units-analog-to-digital converters or decimation units-and cyclically stored in a ring memory belonging to the respective frequency band.
  • the total measurement time according to equation (Ic), which is further listed below, is approximately determined by the frequency band with the largest product of data acquisition time and number of averagings.
  • the method according to the invention and the device according to the invention make it possible, as a substantial advantage over the prior art, to accelerate and complete online data analysis of the recorded data for all Frequency bands, while in the background the data for the next cycle are already being recorded in parallel. While in the prior art, the detected data for all frequency bands can be displayed only after completion of the entire FFT analysis, the inventive method and device allows a ⁇ display already in the course of data acquisition, as soon as the first recorded data evaluations are available.
  • a plurality of scanning units are sequentially and / or connected in parallel in a second embodiment of the inventive device. While the first sampling unit is a pure analog-to-digital converter, the second and all other sampling units are decimation units consisting of a downstream subsampling filter.
  • the expenditure for the required decimation units can be compared to a realization each of which is provided with a separate sampling unit for each frequency band - analog-to-digital converter or decimation unit - can be significantly reduced.
  • a further advantage of the method and the apparatus according to the invention for the spectrum analysis of a signal lies in the use of the spectral values or power density values for other frequency bands present at the edges or overlapping regions of the FFT analyzes.
  • spectral lines of a higher-frequency frequency analysis in the overlapping area can be temporarily used for a lower-frequency analysis for measurement and display and replaced by the later arriving analysis of the lower-frequency band.
  • the overlap area is present, for example, with low and high frequency resolution.
  • the spectral values or power density values calculated by the FFT analyzers of the respectively adjacent frequency bands can be mutually exchanged and used at the edges of the respectively adjacent frequency bands. If overlapping frequency bands are present, the spectral values or power density values in the overlap region of the respective FFT analyzer belonging to the adjacent frequency band can likewise be exchanged and used for averaging. In this way, the Meß stylistaustechnischszeit can be reduced and thus earlier measured data are displayed.
  • Fig.IA, IB is a timing diagram of a first and second
  • Fig. 2A, 2B is a block diagram of a first and second
  • Embodiment of the device according to the invention for spectrum analysis of a signal 3 is a Flußdiagrairan of the method according to the invention for spectrum analysis of a signal,
  • FIG. 5 shows a frequency spectrum of the method according to the invention and the device according to the invention for the spectrum analysis of a signal with four overlapping FFT frequency bands.
  • the illustrated in Fig. 2A first embodiment of the inventive device for spectrum analysis of a useful or noise signal is at the input 1 of the first sampling unit 2 1 , which is owned ⁇ as an analog-to-digital converter leads, with the useful or noise to be analyzed ⁇ signal applied.
  • the first sampling unit 2 1 a sampling of the analogue payload or noise signal takes place at a specific sampling frequency f s .
  • the sampling sequence of the digitized useful or noise signal present at the output 3 of the first sampling unit 2 1 is fed to a first ring memory A x .
  • the first ring memory A 1 which has a certain memory capacity, is cyclically described without interruption with the sampling sequence of the sampled with the sampling frequency f s useful or noise signal.
  • a first discrete Fourier transformer 5 X reads the number of new samples required for a new discrete Fourier analysis Number of samples of the useful or noise signal digitized with the sampling frequency f s and calculates therefrom the discrete spectral values of the frequency band I in the highest frequency range to be displayed.
  • the sampling rate of the digitized useful or noise signal required for representation in a specific frequency band is to be interpreted according to the Nyquist criterion at least twice the value of the upper limit frequency of the frequency band.
  • a measurement time of the digitized useful or noise signal proportional to the frequency resolution results.
  • parallel scan sequences of the digitized useful or noise signal in the respectively suitable sampling frequency are generated for the display in the other lower-frequency frequency bands.
  • the inventive device for spectrum analysis of a signal in Fig. 2A each implemented as a decimation unit second, third and fourth scanning unit 2 2 , 2 3 and 2 4 are provided are each connected to the output 3 of the first scanning unit 2 1 .
  • the decimation unit 2 2, 2 3 and 2 4 each consisting of a series circuit of a low-pass filter 6 2, 6 3 and ⁇ 4, and a sub-sampling unit 7 2, 7 3 and 7. 4
  • the sub-sampling units 7 2 , 7 3 and 7 4 each have a different frequency division factor l / m, l / n and l / p, so that at the output 8 2 of the decimation unit 2 2 a sampling of the digitized useful or noise signal with a Sampling frequency of f s / m, at the output 8 3 of the decimation unit 2 3 a sampling sequence of the digitized useful or noise signal with a sampling frequency f s / n and at the output 8 4 of the decimation Unit 2 4 is applied a sampling sequence of the digitized useful or noise signal with a sampling frequency of f s / p.
  • sampling sequences of the digitized useful or noise signal are respectively fed cyclically to a second, third and fourth ring memory A 2 , 4 3 and 4 4 without interruption. If a sufficient number of newly stored samples of the digitized useful or noise signal is available in the second, third and fourth ring memories A 2 , 4 3 and 4 4 for the Fourier analysis in the respective frequency bands II, III and IV, the respective second, Third and fourth discrete Fourier transformer 5 2 , 5 3 and 5 4 from these newly stored samples and calculates from these samples the updated spectral values A 1 (f) of the respective frequency band II, III and IV by means of a discrete Fourier analysis.
  • the frequency resolution for each subband can be set to be the same or different by selecting a corresponding FFT evaluation length.
  • the Fourier transformers 5 X, 5 2, 5 3 and 5 4 are each subsequent functional units 9 1 # 9 2, 9 3 and 9 4 are from individual spectral values A 1 Cf), the respective power values L 1 (f) of the power spectrum according to equation (2) and by averaging over a plurality of averaging intervals, the power density values L 1 (f) of the power density spectrum are calculated according to equation (3).
  • the power density spectrum L 1 (f) for all four frequency bands, for example, is then visualized in a display device 10.
  • FIG. 2B shows a second embodiment of the device according to the invention for the spectrum analysis of a signal shown.
  • the same reference numerals are used and repeated descriptions of these features are omitted.
  • the decimation units 2 2 ', 2 3 ', 2 / etc. are interconnected not only in parallel but also in series. Due to the serial connection of the decimation units, it is possible to generate a sampling sequence of the digitized useful or noise signal with a specific sampling frequency and thereby to divide the division factors of the individual sub-sampling units-in comparison to the first embodiment-into the individual decimation units. Shrink units. Smaller division factors of the sub-sampling units require less effort in the hardware and software of the individual decimation units. Thus, the respectively associated low-pass filter as well as the internal ring memory of the respective decimation stages can be made significantly smaller.
  • frequency band I 3OkHz -100 kHz
  • frequency band II 10 kHz -30 kHz
  • frequency band III 3 kHz-10 kHz
  • frequency band IV 1 kHz - 3 kHz - the sampling sequence of the digitized useful or noise signal for the frequency band I, for example, with a sampling frequency of 250 IkHz, taking into account the Nyquist condition of the first sampling unit 2 X generated.
  • the sampling sequence of the digitized useful or noise signal for the frequency band II is at a sampling frequency of 250/3 kHz from the decimation unit 2 2 'with a division factor of 1/3 by the associated sub-sampling unit I 2 ' from the sampling sequence at the output 3 dear first sampling unit 2 1 generated.
  • the sampling sequence of the digitized payload or noise signal for the Frequency band I ⁇ I is generated at a sampling frequency of 250/10 kHz from the decimation unit 3 / with a division factor of 1/10 by the associated sub-sampling unit 7 3 'from the sampling sequence at the output 3 of the first AJotast unit 2 ⁇ .
  • sampling sequence of the digitized payload or noise signal for the frequency band IV with a sampling frequency of 250/30 kHz by series connection of the decimation unit 2 / with a division factor of 1/10 by the associated sub-sampling unit 7 4 'and the decimation unit. 2 3 'with a division factor of 1/3 generated by the associated sub-sampling unit I 3 ' from the scanning sequence at the output 3 of the first scanning unit 2 X.
  • the scanning sequence of the digitized useful or noise signal at the output 8 3 'of the decimation unit 2 3 ' with a sampling frequency of 250/10 kHz and the sampling of the digitized useful or noise signal at the output 8 / the decimation unit 2 / with a sampling frequency of 250/300 kHZ can be supplied to further decimation units 2 L r - for example, decimation unit 2 S 'in FIG. 2B.
  • sampling sequences can be realized with sampling frequencies corresponding to the multiplication of the division factors of the subsampling units of the respectively serially coupled decimation units with the sampling frequency of the sampling sequence at the output 3 of the first sampling unit 2 X.
  • Fig. 3 is a flow chart of the inventive method for spectrum analysis of a useful or noise signal cäarrest.
  • a scan sequence with a sampling frequency matching the respective frequency band is generated from the analogue payload or noise signal for each frequency band.
  • the generation of the scan sequence for each frequency band by means of sampling takes place cyclically without interruption and quasi-parallel. Only at the beginning of the sampling, due to a possible serial connection of several sampling units for the sampling sequences in lower-frequency frequency bands, there is a delay T Delay .
  • the discrete frequencies matching the respective frequency band are determined in method step S40 in each case in a discrete Fourier transformer per frequency band via a discrete Fourier analysis Calculated spectral values.
  • step S50 the calculation of the individual power values L 1 (f) of the power spectrum from the spectral values of the Fourier analysis is carried out for each frequency raster point in each frequency band in accordance with equation (2).
  • step S60 a power density values L 1 (f) of the Lei ⁇ stungsêtêtêt solicitrums cjemäß equation (3) is calculated from the respectively determined in several cycles power values L 1 (f) of the power spectrum for each frequency raster point of the respective frequency band.
  • a power density values L 1 (f) of the Lei ⁇ stungs Whyspektrums cjemäß equation (3) is calculated from the respectively determined in several cycles power values L 1 (f) of the power spectrum for each frequency raster point of the respective frequency band.
  • the Method step S60 for averaging the power values L 1 (U) at each frequency raster point in each frequency band can in particular also be used for averaging over the frequency band limit.
  • the individual-Tn power density values L 1 (J :) of each frequency band calculated by means of Fourier analysis and power calculation and averaging are displayed in a display device 10.
  • the Meßausweetung for the various frequency bands are summarized in general for the representation in a diagram.
  • special treatments can be carried out in the marginal areas of the individual frequency bands in order to smooth the measurement curve by using the higher frequency resolution of the respective lower-frequency band.
  • FIG. 4 shows in a time diagram for the four frequency bands of the two embodiments in FIGS. 2A and 2B the time distribution for the data acquisition and data evaluation in each frequency band. From FIG. 4 it can be seen, as already described several times, that the data acquisition and evaluation of each frequency band occurs cyclically without interruption. With the same number of spectral lines in each of the four frequency bands, this results for each frequency band! a frequency resolution and measurement time that is indirectly proportional to the start frequency of the respective frequency band. For the high-frequency frequency band I, the result is a much smaller measurement time compared to the low-frequency frequency band IV (measurement time in frequency band r: 1 * T, measurement time in frequency band IV: 30 * T).
  • the ausweetungen can take place in the background in the background quasi-parallel, without the data acceptance and decimation of the data in the corresponding stages of processing is bexrockt.
  • averaging operations can already be performed in the background and quasi-parallel for higher-frequency bands, while the data acceptance and processing for lower-frequency bands nocti not completed. is. Only in the lower frequency bands II, III and IV occurs at the beginning of data acquisition and data evaluation due to delay times ⁇ n the serially connected Dezimi_ réelles units in each case different delay times T Delayi in the respective frequency band i.
  • the total measuring time T MGes of the method according to the invention and the device according to the invention according to equation (Ic) essentially results from the frequency band with the largest single measuring time. This is in turn determined mainly from the product of the data acquisition time for a single measurement evaluation and the number of responses for this frequency band.
  • the other additive terms are caused by the fact that the corresponding operations are no longer parallel to the data acceptance, but only sequentially For example, with m averaging (m-1), FFTs can be performed parallel to the data acceptance, but the last FFT can only be performed when the corresponding data acceptance for the last FFT has already been completed, resulting in a significant reduction compared to the total measurement time T MGes of the method and the device of the prior art technique with a Rescuemeßzeit T MGes , which results according to equation (Ia) or (Ib) from the sum of the individual measurement times T Mi.
  • FIG. 5 shows the frequency spectrum combined from four overlapping frequency bands (1) to (4). Because of the overlap-hatched areas in FIG. 5 -the spectral values already recorded for the respective higher-frequency frequency bands can be used for the data evaluation for lower-frequency frequency bands. Thus, the application of the successive filtering, decimation and Fourier analysis in the method according to the invention and in the inventive device for spectrum analysis of a signal reduces the required measuring time.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments.
  • a method and an apparatus of. of the invention covers, in contrast to the above representation, the measurement takes place in the direction of lower frequency en to high Fre ⁇ frequencies.
  • an offline data evaluation of the detected, digitally converted and stored data is covered by the invention instead of an online data evaluation.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zur Spektrumanalyse eines Signals in mehreren Frequenzbändern mit jeweils unterschiedlicher Frequenzauflösung besteht aus einem Datenerfassungsschritt (S10, S20) und einem nachfolgenden Datenauswertungsschritt (S40) je Frequenzband.Der Datenerfassungsschritt (S10, S20) und der nachfolgende Datenauswertungsschritt (S40) läuft für jedes Frequenzband der Spektrumanalyse zyklisch ohne Unterbrechung ab. Die zugehörige Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals speichert für jedes Frequenzband in jeweils einem Ringspeicher (4<SUB>1</SUB>, 4<SUB>2</SUB>, 4<SUB>3</SUB>, 4<SUB>4</SUB>, - 4<SUB>1</SUB>', 4<SUB>2</SUB>', 4<SUB>3</SUB>', 4<SUB>4</SUB>') eine Abtastfolge des Signals zyklisch ab. Aus den zyklisch abgespeicherten Abtastfolgen berechnet jeweils ein diskreter Fourier-Transformator (5<SUB>1</SUB>, 5<SUB>2</SUB>, 5<SUB>3</SUB>, 5<SUB>4</SUB>, - 5<SUB>1</SUB>', 5<SUB>2</SUB>', 5<SUB>3</SUB>'<SUB>,</SUB> 5<SUB>4</SUB>') die zum jeweiligen Frequenzband gehörigen Spektralwerte zyklisch.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Nutz¬ oder Rauschsignals
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spektr-umanalyse eines Nutz- oder Rauschsignals.
Die Analyse eines Nutz- oder Rauschsignals mit einem Spektrumanalysator oder an einem Rauschmeßplatz erfordert eine Spektrumanalyse über einen weiten Frequenzbereich. Zur effizienten Messung des Signal- oder Rauschspektrums wird der gesamte zu vermessende Frequenzbereich in mehrere Frequenzbänder unterteilt, die jeweils mit unterschied¬ licher Frequenzauflösung vermessen werden. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, die Frequenzauflösung mit zuneh- menden Freguenzabstand zum Meßsignal zu verringern. Dadurch werden tieferfrequente Frequenzbänder (Frequenz¬ bänder mit geringem Frequenzoffset zum Meßsignal) mit einer höheren Frequenzauflösung als höherfrequente Fre¬ quenzbänder (Frequenzbänder mit großem Frequenzoffset zum Meßsignal) vermessen.
Typischerweise arbeiten moderne Spektrumsanalysatoren nach dem ÜberlLagerungsprinzip. Für hohe Frequenzauflösungen wird das Zwischenfrequenzsignal abgetastet und einer FFT- Analyse "unterworfen. Für geringe Frequenzauflösungen werden analoge Filter im ZF-Zwischenpfad verwendet und der Analysatore in einem Sweep-Modus betrieben.
Bei einem nach der diskreten Fast-Fourier-Analyse (FFT- Analyse) arbeitenden Spektrumanalysator ergibt sich die Gesamtmeßzeit TMGes aus der Summe der Meßzeiten TMi der einzelnen Frequenzbänder. Die Meßzeit TMi je Frequenzband setzt sich gemäß Fig. IA wiederum aus einem der Anzahl an Mittelungen entsprechenden Vielfachen der additiven Ver- knüpfung aus Datenerfassungszeit T11631^ und Datenaus¬ wertungszeit TPFTiJ für die Fourier-Analyse zzgl. einer Mittelungszeit TMiti und Darstellungszeit TDispi zusammen. Die Datenerfassungszeit TMesi_.. im jeweiligen Frequenzband ist wiederum proportional zu Frequenzauflösung des jeweiligen Frequenzbandes . Die Gesamtmeßzeit TMGes ergibt sich f olglich, gemäß Gleichung ( Ia) .
( l a )
Figure imgf000004_0001
Auch bei einer kompakten, entsprechend der Anzahl an Mittelungen wiederholt durchzuführenden Datenerfassung und eine anschließenden kompakten, entsprechend der Anzahl an Mittelungen wiederholt durchzuführenden Datenauswertung mittels Fourier-Analyse gemäß Fig. IB kann keine Redu¬ zierung der Gesamtmeßzeit TMGes erzielt werden. Die Gesamtmeßzeit TMGes ergibt sich wiederum gemäß Gleichung (Ia) . Erst eine Parallelisierung der Datenerfassung und Datenauswertung mittels Fourier-Analyse führt zu einer Verringerung der Gesamtmeßzeit TMGes gemäß Gleichung (Ib) .
TMGei = ( Ib)
Figure imgf000004_0002
Insgesamt weist ein derartiger nach der diskreten Fourier- Analyse arbeitender Spektrumanalysator mit mehreren Fre¬ quenzbändern unterschiedlicher Frequenzauflösung, <der den Stand der Technik darstellt, eine vergleichsweise zu große Gesamtmeßzeit auf. Diese zu große Meßzeit ist insbesondere auf die starke sequenzielle Datenerfassung fxir die einzelnen Frequenzbänder über mehrere Mitteilungen zurückzuführen. Diese sequenzielle Datenerfassung für die einzelnen Frequenzbänder bedingt eine lückienhafte zeitliche Aufzeichnung des Signals für die einzelnen Frequenzbänder, die nachteilig eine längere Meßzeit er- forderlich macht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur digitale Spektrumana¬ lyse, insbesondere digitalen Fourier-Analyse, eines Signals in mehreren Frequenzbändern zu schaffen, wobei die Frequenzauflösung in den verschiedenen Bändern unterschiedlich sein kann. Das Verfahren und die Vorrich- tung zur digitalen Spektrumanalyse, insbesondere Fourier- Analyse, soll einerseits eine unterbrechungsfreie Datenerfassung für jedes Frequenzband ermöglichen und andererseits die Gesamtmeßzeit der digitalen Spektrumanalyse erheblich minimieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zur Spektrumanalyse eines Signals mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals mit den Merkmalen nach Anspruch 14 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals wird für jedes Frequenzband zyklisch ohne Unterbrechung aus dem zu analysierenden Signal im Rahmen der Datenerfassung eine Abtastfolge mit einer für das jeweilige Frequenzband erforderlichen Abtastfrequenz generiert. Diese für jedes Frequenzband spezifische Abtastfolge wird über mehrere Abtast-Einheiten - Analog- Digital-Wandler oder Dezimierungs-Einheiten - erzeugt und in einem zum jeweiligen Frequenzband gehörigen Ringspeicher zyklisch abgespeichert. Sobald eine für die Fourier-Analyse im jeweiligen Frequenzband erforderliche Anzahl von Abtastwerten aktualisiert im jeweiligen Ringspeicher vorrätig ist, werden diese Abtastwerte ohne Unterbrechung der Datenerfassung von einem zum jeweiligen Frequenzband gehörigen FFT-Analysator ausgelesen und zur zyklischen Berechnung der aktualisierten Spektralwerte für das jeweilige Frequenzband herangezogen.
Auf diese Weise wird die Gesamtmeßzeit gemäß Gleichung (Ic), die weiter unter aufgeführt ist, näherungsweise durch das Frequenzband mit dem größten Produkt aus Datenerfassungszeit und Anzahl der Mittelungen bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht als wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik eine beschleunigte und lückenlose online-Datenauswertung der erfaßten Daten für alle Frequenzbänder, während parallel im Hintergrund bereits die Daten für den nächsten Zyklus erfaßt werden. Während beim Stand der Technik die erfaßten Daten für alle Frequenzbänder erst nach Abschluß der gesamten FFT-Analyse dargestellt werden können, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Daten¬ anzeige bereits im Verlauf der Datenerfassung, sobald von den ersten erfaßten Daten Auswertungen vorliegen.
Um den Hard- und Software-Aufwand zur Erzeugung jeder für das jeweilige Frequenzband spezifischen Abtastfolge des zu analysierenden Signals zu minimieren, werden in einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehrere Abtast-Einheiten sequenziell und/oder parallel zueinander geschaltet. Während die erste Abtast-Einheit ein reiner Analog-Digital-Wandler ist, handelt es sich bei der zweiten und allen weiteren Abtast-Einheiten um Dezimierungs-Einheiten bestehend aus einem Filter mit nachgeschalteten Unterabtastungseinheit. Durch geschickte Wahl der Teilungsfaktoren in den einzelnen Unterabta¬ stungseinheiten der einzelnen Dezimierungs-Einheiten und durch eine geschickt gewählte Struktur der seriellen und/ oder parallelen VerSchaltung der einzelnen Dezimierungs- Einheiten kann der Aufwand für die benötigten Dezimie- rungs-Einheiten gegenüber einer Realisierung, in der für jedes Frequenzband jeweils eine eigene Abtast-Einheit - Analog-Digital-Wandler oder Dezimierungs-Einheit - vorge¬ sehen ist, deutlich reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals liegt in der Nutzung der an den Rändern bzw. Überlappungsbereichen der FFT-Analysen vorliegenden Spek¬ tralwerte bzw. Leistungsdichtewerte für andere Frequenz- bänder. Beispielsweise können Spektrallinien einer höher- frequenten Frequenzanalyse im Überlappungsbereich zu einer tieferfrequenten Analyse temporär zur Messung und Anzeige verwendet und durch die später eintreffende Analyse des tieferfrequenten Bandes ersetzt werden. Vorteile ergeben sich auch, falls aneinandergrenzende Bänder mit unter¬ schiedlicher Frequenzauflösung arbeiten. Der Überlappungs¬ bereich liegt beispielsweise mit niedriger und mit hoher Frequenzauflösung vor. Durch Nutzung der Spektralwerte mit unterschiedlicher Frequenzauflösung kann der Übergangs¬ bereich zwischen den Frequenzbändern mit unterschiedlicher Auflösung geglättet werden.
Schließlich können für die Mittelung der aus den Spektralwerten gewonnenen Leistungsdichtewerte an den Rändern der einzelnen Frequenzbändern die von den FFT- Analysatoren der jeweils benachbarten Frequenzbänder berechneten Spektralwerte bzw. Leistungsdichtewerte an den Rändern der jeweils benachbarten Frequenzbänder gegenseitig ausgetauscht und genutzt werden. Liegen überlappende Frequenzbänder vor, so können ganz analog die Spektralwerte bzw. Leistungsdichtewerte im Überlappungs¬ bereich des jeweils zum benachbarten Frequenzband gehörigen FFT-Analysators ebenfalls ausgetauscht und zur Mittelung genutzt werden. Auf diese Weise kann die Meßdatenauswertungszeit reduziert werden und somit früher Meßdaten angezeigt werden.
Die beiden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals werden im folgenden unter Berücksichtigung der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig.IA, IB ein Zeitdiagramm einer ersten und zweiten
Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals nach den Stand der Technik,
Fig. 2A,2B ein Blockdiagramm einer ersten und zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung zur Spektrumanalyse eines Signals, Fig. 3 ein Flußdiagrairan des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spektrumanalyse eines Signals,
Fig. 4 ein Zeitdiagramm des erfindungsgemäßen Ver- fahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals und
Fig. 5 ein FrequenzSpektrum des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrich- tung zur Spektrumanalyse eines Signals mit vier überlappenden FFT-Frequenzbändern.
Die in Fig. 2A dargestellte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Nutz- oder Rauschsignals wird am Eingang 1 der ersten Abtast-Einheit 21, die als Analog-Digital-Wandler ausge¬ führt ist, mit dem zu analysierenden Nutz- oder Rausch¬ signal beaufschlagt. In der ersten Abtast-Einheit 21 erfolgt eine Abtastung des analogen Nutz- oder Rausch- Signals mit einer bestimmten Abtastfrequenz fs. Die am Ausgang 3 der erste Abtast-Einheit 21 anliegende Abtast¬ folge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals wird einem ersten Ringspeicher Ax zugeführt.
Der erste Ringspeicher A1, der eine bestimmte Speicher¬ kapazität aufweist, wird zyklisch ohne Unterbrechung mit der Abtastfolge des mit der Abtastfrequenz fs abgetasteten Nutz- oder Rauschsignals beschrieben. Sobald im ersten Ringspeicher A1 eine für eine nachfolgende Fourier-Analyse ausreichende Anzahl an neuen Abtastwerten des mit der Abtastfrequenz fs digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals abgespeichert sind, liest ein erster diskreter Fourier- Transformator 5X die für eine neue diskrete Fourier- Analyse erforderliche Anzahl an Abtastwerten des mit der Abtastfrequenz fs digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals aus und berechnet daraus die diskreten Spektralwerte des Frequenzbandes I im höchsten darzustellenden Frequenz¬ bereich. Die für eine Darstellung in einem bestimmten Frequenzband erforderliche Abtastrate des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals ist nach dem Nyquist-Kriterium mindestens mit dem doppelten Wert der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbandes auszulegen. Gleichzeitig ergibt sich bei gegebener Frequenzauflösung im Frequenzband eine zur Frequenzauflösung proportionale Meßzeit des digitali¬ sierten Nutz- oder Rauschsignals.
Somit ergibt sich - bei gleicher FFT-Auswertelänge und ohne Berücksichtigung von Mittelungen - für ein höher- frequentes Frequenzband eine höhere Abtastfrequenz des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals und aufgrund der niedrigeren Frequenzauflösung eine kleinere Meßzeit als für ein tieferfrequentes Frequenzband.
Erfindungsgemäß werden für die Darstellung in den übrigen niederfrequenteren Frequenzbändern parallel Abtastfolgen des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals in der jeweils geeigneten Abtastfrequenz erzeugt. Hierzu sind für die beispielsweise drei niederfrequenteren Frequenzbänder II, III und IV der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals in Fig. 2A jeweils eine als Dezimierungs-Einheit realisierte zweite, dritte und vierte Abtast-Einheit 22, 23 und 24 vorgesehen, die jeweils mit dem Ausgang 3 der ersten Abtast-Einheit 21 verbunden sind.
Die Dezimierungs-Einheit 22, 23 und 24 besteht jeweils aus einer Serienschaltung eines Tiefpaßfilters 62, 63 und β4 und einer Unterabtastungseinheit 72, 73 und 74. Die Unterabtastungseinheiten 72, 73 und 74 weisen jeweils einen unterschiedlichen Frequenzteilungsfaktor l/m, l/n und l/p auf, so daß am Ausgang 82 der Dezimierungs-Einheit 22 eine Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals mit einer Abtastfrequenz von fs/m, am Ausgang 83 der Dezimierungs-Einheit 23 eine Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals mit einer Abtastfrequenz fs/n und am Ausgang 84 der Dezimierungs- Einheit 24 eine Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals mit einer Abtastfrequenz von fs/p anliegt.
Diese Abtastfolgen des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals mit jeweils unterschiedlicher Abtastfrequenz werden jeweils einem zweiten, dritten und vierten Ringspeicher A2, 43 und 44 zyklisch ohne Unterbrechung zugeführt. Liegen im zweiten, dritten und vierten Ringspeicher A2, 43 und 44 eine für die Fourier-Analyse im jeweiligen Frequenzband II, III und IV ausreichende Anzahl an neu abgespeicherten Abtastwerten des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals vor, so liest der jeweilige zweite, dritte und vierte diskrete Fourier-Transformator 52, 53 und 54 diese neu abgespeicherten Abtastwerte aus und berechnet aus diesen Abtastwerten die aktualisierten Spektralwerte A1 (f) des jeweiligen Frequenzbandes II, III und IV mittels einer diskreten Fourier-Analyse. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit kann die Frequenzauflösung für jedes Teilband durch Wahl einer entsprechenden FFT- Auswertelänge gleich oder auch unterschiedlich eingestellt werden. In den an die diskreten Fouriertransformatoren 5X, 52, 53 und 54 jeweils anschließenden Funktionseinheiten 91# 92, 93 und 94 werden aus den einzelnen Spektralwerten A1Cf) die jeweiligen Leistungswerte L1 (f) des LeistungsSpektrum gemäß Gleichung (2) und mittels Mittelung über mehrere Mittelungsintervalle die Leistungsdichtewerte L1(f) des Leistungsdichtespektrums gemäß Gleichung (3) berechnet.
L.(f)=|A.(f) I2 . (2)
Figure imgf000010_0001
Das Leistungsdichtespektrum L1(f) für alle beispielsweise vier Frequenzbänder wird anschließend in einer Anzeige- einrichtung 10 visualisiert.
In Fig. 2B ist eine zweite Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals dargestellt. Für identische Merkmale der zweiten Ausfüh¬ rungsform zur ersten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen verwendet und auf eine wiederholte Beschrei¬ bung dieser Merkmale verzichtet.
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform mit einer rein parallelen Verschaltung der Dezimierungs-Einheiten 22, 23, 24 USW. werden in der zweiten Ausführungsform die Dezimierungs-Einheiten 22', 23', 2/ usw. nicht nur parallel, sondern auch seriell verschaltet. Durch die serielle Verschaltung der Dezimierungs-Einheiten ist es mögl-Lch, eine Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals mit einer bestimmten Abtastfrequenz zu generieren und dabei die Teilungsfaktoren der einzelnen Unter-abtastungseinheiten - gegenüber der ersten Ausfüh¬ rungsform - in den einzelnen Dezimierungs-Einheiten zu verkleinern. Kleinere Teilungsfaktoren der Unterabta- stuncyseinheiten bedingen einen geringeren Aufwand in der Hard— und Software der einzelnen Dezimierungs-Einheiten. So können das jeweils zugeordnete Tiefpaßfilter wie auch die internen Ringspeicher der jeweiligen Dezimierungs- stufen deutlich kleiner ausgelegt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform in Fig. 2B mit einer beispielsweise halbdekadischen Auslegung der einzelnen Frequenzbänder - Frequenzband I: 3OkHz -100 kHz, Fre¬ quenzband II: 10 kHz -30 kHz, Frequenzband III: 3 kHz - 10 kHz, Frequenzband IV: 1 kHz - 3 kHz - wird die Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals für das Frequenzband I beispielsweise mit einer Abtastfrequenz von 250 IkHz unter Berücksichtigung der Nyquist-Bedingung von der ersten Abtast Einheit 2X erzeugt. Die Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals für das Frequenzband II wird mit einer Abtastfrequenz von 250/3 kHz von der Dezimierungs-Einheit 22' mit einem Teilungsfaktor von 1/3 durch den zugeordnete Unterrabtastungseinheit I2' aus der Abtastfolge am Ausgang 3 dear ersten Abtast-Einheit 21 generiert. Die Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals für das Frequenzband IΣI wird mit einer Abtastfrequenz von 250/10 kHz von der- Dezimierungs-Einheit 3/ mit einem Teilungsfaktor von 1/10 durch die zugeordnete Unterabtastungseinheit 73 ' aus der Abtastfolge am Ausgang 3 der ersten AJotast-Einheit 2λ erzeugt. Schließlich wird die Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals für das Frequenzband IV mit einer Abtastfrequenz von 250/30 kHz durch Serienschaltung der Dezimierungs-Einheit 2/ mit einem Teilungsfaktor von 1/10 durch die zugeordnete Unterabtastungseinheit 74' und der Dezimierungs-Einheit 23 ' mit einem Teilungsfaktor von 1/3 durch die zugeordnete Unterabtastungseinheit I3' aus der Abtastfolge am Ausgang 3 der ersten Abtast-Einheit 2X generiert.
Die Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rausch- signals am Ausgang 83 ' der Dezimierungs-Einheit 23' mit einer Abtastfrequenz von 250/10 kHz und die Abtastfolge des digitalisierten Nutz- oder Rauschsignals am Ausgang 8/ der Dezimierungs-Einheit 2/ mit einer Abtastfrequenz von 250/300 kHZ können weiteren Dezimierungs-Einheiten 2L r - beispielsweise Dezimierungs-Einheit 2S' in Fig. 2B - zugeführt werden. Auf diese Weise lassen sich Abtastfolgen mit Abtastfrequenzen realisieren, die der Multiplikation der Teilungsfaktoren der Unterabtastungseinheiten der jeweils seriell, gekoppelten Dezimierungs-Einheiten mit der Abtastfrequenz der Abtastfolge am Ausgang 3 der ersten Abtast Einheit 2X entsprechen.
In Fig. 3 ist ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spektrumanalyse eines Nutz- oder Rauschsignals cäargestellt.
In Verfahrensschritt SlO werden aus dem analogen Nutz- oder Rauschsicjnals für jedes Frequenzband jeweils eine Abtastfolge mit einer zum jeweiligen Frequenzband passenden Abtastfrequenz erzeugt. Die Erzeugung der Abtastfolge für jedes Frequenzband mittels Abtastung erfolgt zyklisch ohne Unterbrechung und quasi-parallel. Einzig am Beginn der Abtastung liegt auf Grrund einer möglichen seriellen Ver-schaltung mehrerer Abtast -Einheiten für die Abtastfolgen in niederfrequenteren Frequenzbändern eine Verzögerung TDelay vor.
Jede dieser Abtast folcjen mit einer für das jeweilige Frequenzband spezifischen Abtast frequenz werden im nächsten Verfahrensschir itt S20 zyklisch ohne Unterbrechung in jeweils einen Ringspeicher eingeschrieben.
Sobald im für das jeweilige Frequenzband bestimmten Ringspeicher eine für die nachfolgende Fourier- Analyse im jeweiligen Frequenzband, ausreichende Anzahl an Abtast¬ werten der jeweiligen Abtastfolge neu abgespeichert ist, erfolgt im darauffolgenden Verfahrensschritt S30 das Auslesen dieser für die Fourier-Analyse ausreichenden Anzahl an neuen Abtastwerten der jeweiligen Abtastfolge. Auch dieses Auslesen der Abtastwerte der jeweiligen Abtastfolge erfolgt im Zyklus .
Aus den ausgelesenen Abtastwerten des mit der zum jeweiligen Frequenzband passenden Abtast f reqαenz abge¬ tasteten Nutz- oder Rauschsignals wird in Verfahrens¬ schritt S40 in jeweils einem diskreten Fourrier-Trans- formator je Frequenzband über eine diskrete Fourier- Analyse die zum jeweiligen Frequenzband passenden diskreten Spektralwerte berechnet.
Im nächsten Verfahrensschr/itt S50 erfolgt für jeden Frequenzrasterpunkt in jedem Frequenzband die Berechnung der einzelnen Leistung- swerte L1 (f) des Lei stungs Spektrums aus den Spektralwerten der Fourier-Analyse gemäß Gleichung (2) .
In Verfahrensschritt S60 wird aus in mehreren Zyklen jeweils ermittelten Leistungswerten L1 (f) des Leistungs- spektrum für jeden Frequenzrasterpunkt des jeweiligen Frequenzbandes ein Leistungsdichtewerte L1 (f) des Lei¬ stungsdichtespektrums cjemäß Gleichung (3) berechnet. Der Verfahrensschritt S60 zur Mittelung der Leistung-swerte L1(U) bei jedem Frequenzrasterpunkt in jedem Frequenzband kann insbesondere auch zur Mittelung über die Frequenzbandgrenze hinaus genutzt werden.
Durch Parallelisierung cäer Verarbeitung wird die Datenannahmezeit zur Meßauswertung bereits aufgenommener Meßdaten genutzt.
Im abschließenden Verfahirensschritt S80 werden die einzelnen mittels Fourier-A_nalyse und Leistungsberechnung und -mittelung berechnete-tn Leistungsdichtewerte L1(J:) jedes Frequenzbandes in einer Anzeigeeinrichtung 10 dargestellt. Die Meßausweirtung für die verschiedenen Frequenzbänder werden im alLlgemeinen für die Darstellung in einem Diagramm zusammengefaßt. Wie bereits gescb_ildert können in den Randbereichem der einzelnen Frequenzbänder Sonderbehandlungen vorgenommen werden, um die Meßkurve durch Nutzung der höheren Frequenzauflösung des j eweils tieferfrequenten Bandes zu glätten. Es ist jedocti auch möglich, nur einzelne Teilbander in eigenen Meßfenstern zu visualisieren.
Neben der beschriebenen Mi ttelung de Frequenzbänder und der Überlappungsbereiche .nach dem sogenannten Welch- Verfahren (Gl. (3) ) können auch andere Mittelungsverfahren, wie z .B. eine gleitende Mittelung gemäß der Beziehung in Gig. (4) Anwendung finden.
L1(n, f)=a-Li(f) + (a-l)-L. <n-l, f) mit 0 < a < I- (4)
Auch die parallele und sukzessive Anwendung mehrerer gleichartiger oder unterscϊiiedlicher Mittelungsverrfahren ist vorteilhaft möglich. So kann beispielsweise aixf eine Serie bereits gemittelter" Meßergebnisse eine weitere Mittelung angewendet werden, um die Meßergebnisse weiter zu glätten. Durch die parallele Anwendung von verschiedenen Mittelungsvezerfahren und Darstellung der gemittelten Meßergebnisse beider Verfahren können vorteilhaft Rückschlüsse auf die Zeitvarianz der Meßergebnisse vorgenommen werden.
In Fig. 4 sind in einem ZeitöLiagramm beispielhaft f-ür die vier Frequenzbänder der beiden Ausführungsformen in Fig. 2A und 2B die Zeitverteilung- für die Datenerfassung und Datenauswertung in jedem Frrequenzband dargestellt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, wie obig schon mehrmals beschrie¬ ben ist, daß die Datenerfassung und -auswertung jedes Frequenzband zyklisch ohne Unterbrechung erfolgt . Bei gleicher Anzahl von Spektra.llinien in jedem der- vier Frequenzbänder ergibt sich für jedes Frequenzband! eine Frequenzauflösung und Meßzeit, die indirekt proportional zur Startfrequenz des jeweiligen Frequenzbandes ist. Für das hochfrequente Frequenzband I ergibt sich aLso im Vergleich zum niederfrequenten Frequenzband IV eine deutlich kleinere Meßzeit (Meßzeit in Frequenzband r : 1*T; Meßzeit in Frequenzband IV: 30*T) . Die Datenausweirtungen können in den betreffenden Recheneinheiten im Hintergrund quasi parallel stattfinden, ohne daß die Datenannahme und Dezimierung der Daten in den entsprechenden Verarbeitungsstufen davon bexührt ist. Insbesondere kann im Hintergrund und quasi parallel für höherfrequente Bänder bereits Mittelungsoperationen vorgenommen werden, während die Datenannahme und -Verarbeitung für tieferfrequente Bänder nocti nicht abgeschlossen. ist. Einzig in den niederfrequenteren Frequenzbändern II, III und IV kommt es zu Beginn der Datenerfassung und Datenauswertung aufgrund von Verzögerungszeiten ±n den seriell geschalteten Dezimi_erungs-Einheiten zu jeweils unterschiedlich großen Verzögerungszeiten TDelayi im jeweiligen Frequenzband i.
Durch die erfindungsgemäße IParallelisierung der Datener- fassung und -auswertung In einzelnen Frequenzbändern ergibt sich die Gesamtmeßzeit TMGes näherungsweise gemäß Gleichung (Ic) .
TMGa " 7 MMAK = ™x{TMi} mit m TMI = Z-I V Mesι_J ) + '■ Delayi + * FFTi + * MiU + * Dispi
= mtTMe» + TDelay, + TFFT, + TMUι + TD,ψ, { ± C ]
Die Gesamtmeßzeit TMGes des erfindungscjemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Gleichung (Ic) ergibt sich im wesentlichen aus dem Frequenzband mit der größten Einzelmeßzeit. Diese wird wiederum vorwiegend aus dem Produkt der Datenerfassungszei"t für eine einzelne Meßauswertung und der Anzahl der M±ttelungen für dieses Frequenzband bestimmt. Die weiteren additiven Terme sind dadurch verursacht, daß die entsprechenden Operationen nicht mehr parallel zur Datenannahme durchführbar sind, sondern erst sequentiell nach Fertigstellung der vorangehenden Operationen. Beispielsweise können bei m Mittelungen (m-1) FFTs parallelL zur Datenannahme durchgeführt werden, die letzte FFT aber erst, wenn die entsprechende Datenannahme für die letzte FFT bereits abgeschlossen ist. Damit ergibt sich eine deutliche Reduzierung gegenüber der Gesamtmeßzeit TMGes des Verfahrens und der Vorrichtung des Stand deoc Technik mit einer Gesamtmeßzeit TMGes, die sich nach Gleichung (Ia) oder (Ib) aus der Summe der Einzelmeßzeiten TMi ergibt.
In Fig. 5 ist das aus vier überlappenden Frequenzbändern (1) bis (4) kombinierte Frequenzspektrum dargestellt. Aufgrund der Überlappung - schraffierte Flächen in Fig. 5 - können für tieferfrequente Frequenzbänder die für die jeweils höherfrequenten Frequenzbänder bereits erfaßten Spektralwerte für die Datenauswertung herangezogen werden. Somit reduziert sich durch Anwendung der sukzessiven Filterung, Dezimation unf Fourier-Analyse im erfindungsgemäßen Verfahren und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals die erforderliche Meßzeit.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Aus¬ führungsformen beschränkt. Insbesondere ist auch ein Verfahren und eine Vorrichtung von. der Erfindung abge- deckt, bei der im Gegensatz zur obigen Darstellung die Messung in Richtung von tieferen Frequenz en zu hohen Fre¬ quenzen erfolgt. Auch ist von der Erfindung anstelle einer online-Datenauswertung eine offline-Datenauswertung der erfaßten, digital gewandelten und abgespeicherten Daten abgedeckt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Spektrumanalyse eines Si_gnals in mehreren Frequenzbändern mit jeweils untersciiiedlicher Frequenzauflösung, das zumindest einen Datenerfassungsschritt (SlO, S20) und einen nac3afolgenden Datenauswertungsschritt (S40) je Frequenzband umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenerfassungsschritt (SlO, S20) und der nachfolgende Datenauswertungsschritt (S40) ffür jedes Frequenzband der Spektrumanalyse zyklisch ohne Unterbrechung abläuft.
2. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal ein Nutzsignal, ein Rauschsignal, ein Nutzsignal mit überlagertem Rauschsignal oder / und ein überlagerten Störsignalen, oder ein Rauschs±gnal mit überlagerten Nutz- oder / und Störsignalen ist.
3. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenerfassungsschritt (SlO, S20) eine Abtastung (SlO) des Signals in einer zum jeweiligen Frequenzband passenden Abtastfrequenz und eine Abspeicherung (S20) der jeweils abgetasteten Werte des Signals in einem zum jeweiligen Frequenzband gehörigen RLngspeicher (41# 4a, 4., 4d, 4,' , 42' , 43' , V) beinhaltet.
4. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch. 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Datenauswertungsschritt (S40) ein digitales spektrales Schätzverfahren beinhaltet.
5. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch. 4, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale spektrale Schätzverfahren ein_e Fourier- Analyse ist.
6. Verfahren zur Spektrumanalyse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung (SlO) des Signals für jedes Frequenzband sukzessive über mindestens eine untergeordnete Abtastung erfolgt.
7. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste untergeordnete Abtastung eine Analog- Digital-Wandlung ist.
8. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und alle folgenden untergeordneten Abtastungen jeweils aus einer Filterung und einer nachfol¬ genden Untabtastung bestehen.
9. Verfahren zur Spektrumanalyse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bereits in einer Fourier-Analyse berechneten Spektralwerte eines höherfrequenten Frequenzbandes für niederfrequente Frequenzbänder als temporäre Spektralwerte genutzt werden, bis in den tieferfrequenten Fre¬ quenzbändern alle Spektralwerte mittels Fourier-Analyse berechnet sind.
10. Verfahren zur Spektrumanalyse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Frequenzbänder aneinander angrenzen oder sich ganz oder teilweise überlappen.
11. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens ein Frequenzband im Anschluß an oder während mehrerer zyklisch durchlaufenen Datenerfassungs- schritten (SlO, S20) und Datenauswertungsschritten (S40) mindestens ein Mittelungsschritt (S50) der in den einzel¬ nen Datenauswertungsschritten (S40) jeweils berechneten Spektralwerte erfolgt.
12. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mittelung (S50) der Spektralwerte am Rand des jeweiligen Frequenzbandes die Spektralwerte am Rand des jeweiligen Frequenzbandes und/oder Spektralwerte am Rand des jeweils angrenzenden Frequenzbandes oder Spektralwerte im Überlappungsbereich des sich mit dem jeweiligen Frequenzband überlappenden weiteren Frequenzbandes berücksichtigt werden.
13. Verfahren zur Spektrumanalyse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Fourier-Analyse (S40) und Mittelung (50) der Spektralwerte jedes Frequenzbandes die Darstellung (S60) der Spektralwerte erfolgt.
14. Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Signals in meh¬ reren Frequenzbändern mit jeweils gleicher oder unter- schiedlicher Frequenzauflösung, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Frequenzband in jeweils einem Ringspeicher [A1, 42, 43,44, 4/, 42', 43',4/) eine Abtastfolge des Signals zyklisch abgespeichert ist, aus der jeweils ein diskreter Fourier-Transformator (5X, 52, 53, 54, 5X', 52', 53 ' , 54') die zum jeweiligen Frequenzband gehörigen Spektralwerte zyklisch berechnet.
15. Vorrichtung zur Spektrumanalyse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abtast-Einheiten (2X,22, 23, 24;22' , 23' , 2/) die zum jeweiligen Frequenzband gehörige Abtastfolge mit der zum Frequenzband passenden Abtastfrequenz erzeugen.
16. Vorrichtung zur Spektrumanalyse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtast-Einheiten (2l722 ', 23 ', 2/) seriell und/oder parallel zueinander geschaltet sind.
17. Vorrichtung zur Spektrumanalyse nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abtast-Einheit (2J ein Analog-Digital- Wandler ist.
18. Vorrichtung zur Spektrumanalyse nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und alle weiteren Abtast-Einheiten (22, 23, 24, 22',23' , 24') jeweils eine Dezimierungs-Einheit (22,23, 24,22',23', 2/) bestehend aus einem Tiefpaßfilter (62, 63, 64, S2', 63' , S1') und einer nachfolgenden Unterabta¬ stungseinheit (72,73,74,72',73',74') ist.
19 . Vorrichtung zur Spektrumanalyse nach einem der Ansprüche 14 bis 18 , dadurch gekennzeichnet , daß j edem diskreten Fouriertransf ormator ( 5^ 5. , 53 , 5J j eweils eine Funktionseinheit zur Leistungs- und Lei¬ stungsdichte-Berechnung O1 , 92 , 93 , 9 J nachgeschaltet ist , welche wiederum mit einer Anzeigeeinrichtung ( 10 ) ve rbunden sind .
PCT/EP2005/009254 2004-09-28 2005-08-26 Verfahren und vorrichtung zur spektrumanalyse eines nutz- oder rauschsignals Ceased WO2006034763A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/663,939 US8768638B2 (en) 2004-09-28 2005-08-26 Method and device for performing spectrum analysis of a wanted signal or noise signal
EP05785761.7A EP1794602B1 (de) 2004-09-28 2005-08-26 Verfahren und vorrichtung zur spektrumanalyse eines nutz- oder rauschsignals

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004047042.1 2004-09-28
DE102004047042A DE102004047042A1 (de) 2004-09-28 2004-09-28 Verfahren und Vorrichtung zur Spektrumanalyse eines Nutz- oder Rauschsignals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2006034763A2 true WO2006034763A2 (de) 2006-04-06
WO2006034763A3 WO2006034763A3 (de) 2006-06-15

Family

ID=36062017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2005/009254 Ceased WO2006034763A2 (de) 2004-09-28 2005-08-26 Verfahren und vorrichtung zur spektrumanalyse eines nutz- oder rauschsignals

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8768638B2 (de)
EP (1) EP1794602B1 (de)
DE (1) DE102004047042A1 (de)
WO (1) WO2006034763A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2282220A1 (de) * 2009-08-07 2011-02-09 Nxp B.V. Spektrumanalyse
KR20180039607A (ko) * 2010-09-28 2018-04-18 텍트로닉스 인코포레이티드 다중 영역 테스트 및 계측 기기
CN113598786A (zh) * 2021-09-03 2021-11-05 青岛雅斯生物科技有限公司 一种心电监测装置
CN118707589A (zh) * 2024-05-31 2024-09-27 中国地震局地球物理研究所 强震动加速度记录可用频带提取方法、装置、设备及介质

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007031677B4 (de) 2007-07-06 2010-05-20 Sda Software Design Ahnert Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer raumakustischen Impulsantwort in der Zeitdomäne
US9557358B2 (en) 2011-04-20 2017-01-31 Tektronix, Inc. Minimal reconfiguration spectrum stitching with overlapped bands
US9702907B2 (en) * 2011-12-16 2017-07-11 Tektronix, Inc. Frequency mask trigger with non-uniform bandwidth segments
US10605842B2 (en) 2016-06-21 2020-03-31 International Business Machines Corporation Noise spectrum analysis for electronic device
DE102022133018B3 (de) 2022-12-12 2024-05-29 Ilmsens Gmbh Verfahren und Messsystem zur Ausführung einer impedanzspektroskopischen Messung
WO2024126422A1 (de) * 2022-12-12 2024-06-20 Ilmsens Gmbh Verfahren und messsystem zur ausführung impedanzspektroskopischer messungen
CN116155289B (zh) * 2023-03-01 2026-03-03 杭州国芯微电子股份有限公司 电子雷管动态调制读回传电流adc采样频率的方法
CN116990236B (zh) * 2023-09-25 2023-12-01 中国科学院空天信息创新研究院 采样控制方法、装置及系统
CN118818144B (zh) * 2024-07-04 2025-09-09 中国人民解放军海军航空大学 多通道的谐波与间谐波检测方法、系统及设备

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3681530A (en) * 1970-06-15 1972-08-01 Gte Sylvania Inc Method and apparatus for signal bandwidth compression utilizing the fourier transform of the logarithm of the frequency spectrum magnitude
DE2137172A1 (de) * 1971-07-21 1973-02-01 Eberhard Dipl Ing Nabel Harmonische analyse (fourieranalyse) von elektrischen signalen durch mitverwendung einer abtast- sampling- technik
US4321680A (en) * 1980-04-22 1982-03-23 Wavetek Rockland Inc. Spectrum analyzer with frequency band selection
US4674125A (en) * 1983-06-27 1987-06-16 Rca Corporation Real-time hierarchal pyramid signal processing apparatus
US4896102A (en) * 1988-06-13 1990-01-23 Scientific-Atlanta, Inc. Spectrum analyzer
JPH07117562B2 (ja) * 1988-10-18 1995-12-18 株式会社ケンウッド スペクトラムアナライザ
US5038096A (en) * 1989-07-28 1991-08-06 Hewlett-Packard Company Spectrum analyzer circuit for pulsed input signals
US5117179A (en) * 1990-03-13 1992-05-26 Hewlett-Packard Company Swept signal analysis instrument and method
DE4011577A1 (de) 1990-04-11 1991-10-17 Head Acoustics Gmbh Verfahren und vorrichtung zur spektralanalyse
US5289391A (en) * 1992-02-10 1994-02-22 Aerometrics, Inc. Method and apparatus for optimum signal burst detection
DE4330425A1 (de) * 1992-09-08 1994-03-10 Aerometrics Inc Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Frequenz eines zeitvariablen elektronischen Signals
US5233354A (en) * 1992-11-13 1993-08-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Radar target discrimination by spectrum analysis
US5748507A (en) * 1996-08-06 1998-05-05 Lockheed Martin Corporation Real-time superresolution signal processing
US6208946B1 (en) * 1997-09-30 2001-03-27 Advantest Corp. High speed fourier transform apparatus
JP2000131356A (ja) * 1998-10-27 2000-05-12 Gram Kk 生体に起因する時系列デ−タのスペクトル解析方法及び表示方法
DE10207455B4 (de) * 2002-02-22 2006-04-20 Framatome Anp Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Detektion einer impulsartigen mechanischen Einwirkung auf ein Anlagenteil
TWI228921B (en) * 2003-10-14 2005-03-01 Realtek Semiconductor Corp Apparatus for channel scanning and method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2282220A1 (de) * 2009-08-07 2011-02-09 Nxp B.V. Spektrumanalyse
KR20180039607A (ko) * 2010-09-28 2018-04-18 텍트로닉스 인코포레이티드 다중 영역 테스트 및 계측 기기
KR102011389B1 (ko) 2010-09-28 2019-10-14 텍트로닉스 인코포레이티드 다중 영역 테스트 및 계측 기기
CN113598786A (zh) * 2021-09-03 2021-11-05 青岛雅斯生物科技有限公司 一种心电监测装置
CN118707589A (zh) * 2024-05-31 2024-09-27 中国地震局地球物理研究所 强震动加速度记录可用频带提取方法、装置、设备及介质

Also Published As

Publication number Publication date
US8768638B2 (en) 2014-07-01
DE102004047042A1 (de) 2006-04-06
US20070250558A1 (en) 2007-10-25
EP1794602A2 (de) 2007-06-13
WO2006034763A3 (de) 2006-06-15
EP1794602B1 (de) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69812965T2 (de) Vibrationsdatenprozessor und prozessverfahren
DE3882767T2 (de) Bandpass-Digitaloszilloskop.
DE3853739T2 (de) Digitales Entzerrergerät für getrennte Phasen- und Amplitudenmodifikation.
DE112008003098T5 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung von Interpolationsfaktoren in Abtastratenwandlungssystemen
DE3853372T2 (de) Filterkoeffizientenberechnung für ein digitales Filter.
EP1794602B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur spektrumanalyse eines nutz- oder rauschsignals
DE4417406C2 (de) Hochauflösender Frequenzanalysator und Vektorspektrumanalysator
DE102012217582A1 (de) Kalibrierung eines rekonstruierten Signals unter Anwendung eines Mehrton-Kalibriersignals
DE10142855A1 (de) Prüfvorrichtung für eine elektronische Vorrichtung, Zittermessvorrichtung und deren Verfahren
WO1980001206A1 (fr) Procede de mesure de puissance electrique
DE19833921A1 (de) Schnelle Fourier-Transformationsvorrichtung
DE102014208464A1 (de) Digitales Oszilloskop und Verfahren mit paralleler Akquisition und Signalnachverarbeitung
DE69521939T2 (de) Gerät zur Messung elektrischer Energie mit einem Multiplexer
DE3785654T2 (de) Tonsignalerzeugungsvorrichtung mit einem digitalen Filter.
DE69322530T2 (de) Jitterkorrektion für Mehrkanaltriggeranordnung
EP0763209B1 (de) Verfahren zum ermitteln von harmonischen oberschwingungen zu einer grundschwingung eines elektrischen signals
EP3109651A1 (de) Verfahren zum ermitteln mindestens einer kenngrösse einer elektrischen maschine und frequenzumrichter
DE102004020278A1 (de) Spektrumanalysator mit hoher Geschwindigkeit und gleichzeitig hoher Auflösung
DE10112275B4 (de) Interpolator
EP1537750B1 (de) Verfahren zum bestimmen der hüllkurve eines modulierten signals
DE19944054B4 (de) Anordnung zum Analysieren der nichtlinearen Eigenschaften eines Kommunikationskanals
DE102007053401A1 (de) Mehrfachdezimation im Oszilloskop
EP2820431B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur darstellung von ordinaten-abszissen-wertepaaren auf einer anzeigeeinrichtung
DE3338193A1 (de) Schaltungsanordnung zum messen der uebertragungsqualitaet eines digitalen pruefobjektes
EP0676887B1 (de) Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Sinussignales mit einer vorgegebenen Abtastrate und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2005785761

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005785761

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005785761

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11663939

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 11663939

Country of ref document: US