Способ анализа спектра случайных сигналов

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре автоматического контроля радиотехнических систем, спектрометрии, автоматике, акустике и других областях. Целью изобретения является обеспечение заданной точности анализа спектра стационарного эргодического случайного процесса за минимальное время. Устройство, реализующее способ, содержит смеситель 1, фильтр 2, квадратор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, вычислитель 5, блок 6 памяти, анализатор 7, блок 8 вычисления скорости анализа, блок 9 управления частотой гетеродина 11, измеритель 10 частоты. В описании изобретения приводится последовательность операций, выполняемых по данному способу. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С 01 К 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМ

IlPH fHHT СССР (21) 4481334/24-21 (22) 12. 08 .88 (46) 15..1.2.90. Бка. У 46

I (72) Е.Б.. Селиванова и А.Л. Яхнис (53) 621. 31 7 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 714300, кл. С 01 R 23/00, 1969.

Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. M. Энергия, 1967, с. 369;-(54) СПОСОБ АНАЛИЗА СПЕКТРА СЛУЧАЙНЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в, аппаратуре автоматического контроля радиотехнических систем, спектромет„„SU, 16|3970 А1

2 рии, автоматике, акустике и других областях. Целью изобретения является обеспечение заданной точности анализа спектра стационарного эргодического случайного процесса за минимальное время, Устройство, реализующее способ, содержит смеситель 1, фильтр 2, квадратор 3, аналого-цифровой преобразователь 4, вычислитель 5, блок 6 памяти, анализатор 7, блок 8 вычисления скорости анализа, блок 9 управления частотой гетеродина 11, измеритель 10 частоты. В описании изобретения приводится последовательность операций, выполняемых по данному способу. 1 ил. O

Я 1613970

Vu.акс

Ч

В = D* PX3

30 N„. где V, — максимальная допустимая мб Кс скорость перестройки частоты, найденная из .условия обеспечения заданной .точности. анализа для детерминированного сигнала;

0* fX) - дисперсия выходного сиг1 f нала в тОчке I частотного 40 диапазона;

Q (m) — квадрат заданной, допустиАоп мой погрешности анализа.

Перемещают исследуемый спектр гетеродинным методом относительно, поло-45 сы узкополосного фильтра путем перестройки частоты гетеродина; последовательно выделяют фильтром соответствующие участки анализируемого спектра, кфадрируют и. контролируют выходной сигнал.

В процессе перестройки по астоте выполняются следующие действия: определяют текущее среднее значение выходного сигнала с заданной точностью

55 во всем заданном частотном диапазоне и текущую дисперсию выходного сигнала, контролируют найденное с заданной точностью среднее значение

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аппаратуре автоматического контроля радиотехнических сист ем, спектр ометрии, автоматике, акустике и других областях, Цель изобретения — обеспечение заданной точности анализа спектра

; стационарного эргодического случай ного процесса за минимальное время.

Способ заключается в том, что в . первой точке анализируемого частотного диапазона (до начала перестройки по частоте) определяют среднее значение m txj выходного сигнала Х .(квадрированное значение. сигнала с выхода фильтра) с заданной точностью, а также определяют дисперсию Э Х выходного сигнала Х; контролируют найденное с заданной точностью среднее знач.ение квадрированного сигнала на. выходе фильтра. Далее определяют начальное значение V скорости перестройки частоты гетеродина (скорости прохождения заданного диапазона частот, в котором ведется анализ) как выходного сигнала, скорость V перемещения исследуемого спектра изменяют в зависимости от изменения дисперсии выходного сигнала, например, в соответствии с выражением

Ч маке

V = — — ——

Dk Х (д" где V — максимальная скорость макс прохождения заданного частотного диапазона, допустимая при анализе с заданной точностью спектра детерминированного сигнала;

D*fXg — текущая дисперсия выходног.о сигнала; (j Я - — квадрат допустимой, за20 Дои данной погрешности анализа.

Если погрешность анализа задана в относительных единицах о (например, в процентах), скорость пере25 мещения исследуемого спектра ор деляется выражением

V макс

V = — — —-Р» ГХ} гщг где О - заданная относительная по грешность, m - текущее среднее значение выходного сигнала, На чертеже приведена структурная схема устройства, которое реализует способ, Устройство содержит .последовательно соединенные смеситель 1, фильтр 2, квадратор 3, аналого-цифровой преобра зователь А, вычислитель 5, блок 6 памяти, соединенный с анализатором 7, второй выход которого соединен с вычислителем 5, а выход — с блоком 8 вычисления скорости анализа, который соединен выходом через блок 9 управления частотой гетеродина в виде ПКН и гетеродин 11 со смесителем 1.

Устройство работает следующим образом.

Анализ спектра можно подразделять на два этапа: s первой точке заданного частотного диапазона. анализа; в заданном частотном диапазоне.

На первом этапе (до начала перестройки по частоте) исследуемый сигнал гетеродинируется в смесителе 1 с помощью сигнала гетеродина 11. Раз° ностный сигнал выделяют узкополосным

5 l6 i39 фильтром 2. Сигнал с фипьтра 7 квадрируют квадратором 3, преобразуют в

АЦП 4 в код, и усредняют в блоке вычисления 5 до получения требуемой точности.

Для достижения заданной точности в блоке вычисления 5 определяют среднее значение выходного квадрированного сигнала miI, его дисперсию В „, квадраты отклонений (Х вЂ” m- )г сумн и — t и му квадратов реализаций Х и сумму

Ф

i=1 квадратов их отклонений,0 (Х; — тп*; 1 )г 15

Блок памяти 6 запоминает все учтенные квадраты реализаций сигнала и соответствуюппте квадраты отклонений

X)1 Х 1 ф о ° 1 ХН 1 XIII 20 (Х,— тп*) = О, (Х вЂ” тп )г,... (X ш* )г (X m* )г °

Н-1 и-2 1 " и-1

70 б

f + f +-,—

hf Е1 11 где f — средняя частота фильтра;

hf — полоса пропускания фильтра; т гет- измеренное измерителем lO частоты значение частоты гетеродина в первой точке анализа

Найденное с заданной точностью в вычислителе 5 среднее значение выходного сигнала тп." контролируют, сравнивая в анализаторе 7 с допуском, значение которого на анализатор 7 поступает из блока 6 памяти.

По данным из блока памяти 6 в блоке 8 вычисления скорости анализа вычисляют начальную скорость перестройки частоты гетеродина (скорости прохождения заданного диапазона частот, в котором ведется анализ) в соответствии с выражением сумму квадратов реализаций, сумму квадратов их отклонений

Af И ,+ f - — ) +п.— = и гетер „. <р

t1 И Е Х У,7 (Х вЂ” m+ )г °

1У . 1 11 1

i=1 j =1 среднее значение выходного сигнала

m*ä, дисперсию D< (X(и число учтенйых реализаций п .

Чтобы учитыва ть в дальнейшем при анализе в диапазоне частот только те реализации, которые соответству,ют полосе фильтра, присваивают запомненным квадратам реализаций, а значит и квадратам их отклонений соответствующие значения. частот.

Для этого определяют. в блоке 5 приращение частоты на одну учтенную реализацию как

Ц

Э и> где Qf — полоса пропускания фильтра; п — число учтенных реализаций

I сигнала, обеспечивающее тре- 45 буемую точность определения ср еднего.

Каждой учтенной реализации при- сваивают в блоке 6 памяти соответствующее значение частоты {например, для варианта, когда частота rетеродина ниже частоты сигпала) .

Реализации: Х,; Х, ..., Xи,, Соответствующие частоты: f<, Г, f .1, fi,, где частоты определя- 55 ются следующим образом. тлта кс

V =

В- : (Х1, ((тп)доп где Чл1С1,те и допустимая погрешность

G п1) п„заранее заложенные в блок 6 памяти значения, а D* Х 1 дисперсия выходного сигнала в I точке частотного диапазона вычислена в блоке 5 вычисления одновременно с определением среднего тп " и запомнена в блоке 6 памяти, Если допустимая погрешность за-, дана в относительных единицах например, в 7, то 5 Pm) „вычисляется ц()„„= В *, где тп* — найденное среднее значение

I выход ног о сиг нала .

Далее следуют операции для анализа спектра в процессе перестройки по частоте (например, вверх) .

Начинают перестройку гетеродина

1 i с найденным значением скор ости

V с помощью блока 9 управления част тотой гетеродина; получают новое квадрированное значение сигнала с выхода фильтра 2: Х, . Далее преобразуют это значение в код в АЦП 4 и запоминают это значение Х Н+ в блоке 6 памяти„ Измеряют соответствующую частоту гетеродина Ггетт измерителем 10 и вычисляют в блоке 5 соответствующую Х +, частоту

1613970

И

f h.1 frer fq 2 которую запоминают в блоке 6 памяти;

Контролируют частоты Е„< (в первой 5 точке Е„„и= Е „,), сравнивая с верхней границей. заданного частотного диапазона анализа, и если частота

> вышла за верхнюю границу диапазоФ и на, заканчивают анализ, а если час- !О тота fh находится в заданном диапазоне анализа, продолжают анализ.

Определяют в вычислителе 5 очередное среднее m* 1 выходного .сигЯ+.

9 нала с заданной точностью, для это- 5 го определяют частоты Е1, f®, Е, вышедшие из полосы фильтра 6Е, Ке как те, что ниже нижней границы фильтра

° Е ю к им и соответствующие этим частотам реализации (зти реализации должны быть ис ключ ены):

Х,у Хд, ° ° ау к вычисляют разность (Хь+, —, Х )

1 б }(= Х, где Х; - сумма Реализаций, 1 ЗО вышедших из полосы фильтра; .ВХ величина изменения сигнала на выхода фильтра от сдвига по частот.е и при- . хода. новой реализации Хм+1

Далее вычисляют число учитываемых

35 р еализаций, как

n- = (п. +1) -К

if 1 и определяют очередное. среднее значение выходного сигнала как

40 х;+ Ь

1 Ф1

m+

h+I

Il

И лк где - Х берется для ускорения вычиФ сленийиз ячейки памяти блока 6, oII- 45 ределять m+„+< по указанному выражению бйстрее чем по выражениву

Wx!

ПФ ви п1>

Оценивают. изменение дисперсии выходного сигнала в новой точке частотного диапазона, вычисляя в вычи-" слителе 5 разность к (х„,- шь ) - (х - m ) Ь

Если g(0. (т.е, дисперсия сигнала уменьшалась, и, следдвательно, точность определения среднего абеспечена) контролируют m h < в анализаторе 7.

Вычисляют дисперсию D* (X) в блоин ке 5 в виде nz

Е(Х вЂ” гМ )2 +й

1 ã.1 * tx) — — — — — — - - о Н1 и

Вычисляют в блоке 8 новое (большое) значение скорости по формуле

Чмакс

2 D* ÕÄ

6 (ш)до и с этой (бол ьшой) скоростью пр одолжают перестройку с помощью блока 9 управления частотой гетеродина (повторяют цикл работы) .

Если 5. 7 О (т. е. дисперсия сигнала возросла) останавливают перестрой ку по частоте, (в точке Е„+ ); определяют в вычислителе 5 очередное среднее значение выходного сигнала с заданной .точностью путем учета новых реализаций Хь+„, X„+» ... °

Одновременно запоминают в блоке 6 памяти новые реализации и квадраты их отклонений и .соответствующую им частоту: реализации Xh+< Х„,, Х„,з, соответствующая частота f „ » fh+,, f„+, обеспечив заданную точность, .контролируют m*, найденное с за-данной точностью, в анализаторе 7, Вычисляют в блоке 8 новое (уменьшенное) значение скорости и с этой новой скоростью повторяют весь цикл анализа в процессе перестройки по частоте, пока не достигнут границы заданного частотного диапазона, все время меняя скорость прохождения заданного частотного диапазона в зависимости от дисперсии выходного анализируемого сигнала, Формула и зобо ет ения

Способ анализа спектра случайных сигналов, заключающийся в том, что перемещают исследуемый. спектр относительно полосы пропускаиия узкополосного фильтра, последовательно выделяют соответствующие участки анализируемого спектра, квадрируют и контролируют выходной сигнал, о тл и ч а ю шийся тем,.что, с целью уменьшения времени анализа при сохранения заданной точности, скорость перемещения исследуемого спектра изменяют в зависимости от изменения дисперсии анализируемого сигнала в соответствии с выражением

16 139 70

Составитель F....Губанов

Техред II.олийнык Корректор А.Обручар

Редактор И. Сегляник

Заказ 3891 Тираж 558 Подпис ное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патенr", г.ужгород, ул. Гагарина,101

V макс 7

0 (ХД

eг р„ где 7 „- максимальная. скорость про- 5 хождения заданного диапазона, допустимая при анализе с заданной точностью спектра детерминированного сигнала;

D — дисперсия выходного сигналаэ

g Я„, — квадрат допустимой заданной погрешности анализа.