Способ измерения шума цифрового фильтра, осуществляющего точечное дискретное преобразование фурье

СОЮЗ СОВЕТСКИХСВИНЮПНЕСНРЕСПУБЛИК ОЮ 01) з(50 С 01 К 29 26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 129749, кл . С О 1 К 29/26, 1959.2. Авторское свидетельство СССР У 457940, кл. С 01 К 29/26, 28.05.73,3. Голд Б., Рейдер И, Цифровая обработка сигналов. М "Сов.радио", 1973, с. 14 1 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМА ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩЕГО Я-ТОЧЕЧНОЕ ДИСКРЕТНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ, заключающийся в пропускании через цифровой фильтр синусоидально. го цифрового сигнала и измерении амплитуды сигнала на выходе цифрового фильтра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа и увеличения его точности, частоту синусоидального сигнала изменяютЪ устанавливая ее равной значениям, соответствующим нулям амплитудно- частотной характеристики фильтров дискретного преобразования Фурье, при этом производят отсчеты сигнала на выходе всех фильтров Фурье, характеристика которых имеет нули для данного значения частоты входного сигнала, позволяющие определить среднее и/илн среднеквадратичное значение шума.1 11 ОЗИзобретение относится к радиоэлектронике, а именно к способамизмерения среднего или среднеквадратичного значения шумов, и может бытьиспользовано для определения шумовцифровых фильтров,.содержащее блокидискретного преобразования фурье,. широко применяемые при анализесигналов в радиолокации, акустикеи других областях техники исследования сигналов.Известны способы измерения среднеквадратичного значения шумов четырехполюсников, заключающиеся впропускании через него детерминированного сигнала, задержки сигналов свхода и выхода четырехполюсника иизмерения отношения сигнал-шум пофункции автокорреляции 1 3.Недостатком известных способовявляется сложность при реализацииприменительно к цифровым фильтрам,содержащим блоки дескретного преобразования Фурье, в силу того, чтоподобные устройства имеют много выходов и сложности. выполнения широкодиапазонных блоков задержки дискретных сигналов и автокорреляторов.Известен также способ измеренияшумов четырехполюсников, заключаю 30щийся в пропускании через него сигнала эталонного шума и измерениилогарифма отношений сигналов с входа и выхода четырехполюсника 2 3.Однако данный способ также весьмасложен в реализации и требует использования источника эталонного цифрового шума, что представляет сложнуютехническую задачу.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ измерения среднеквадратичного значения шума цифровыхфильтров, состоящий из операциипропускания синусоидального цифрового сигнала через два канала, в одномиз которых сигнал делится в К-раз45и затем фильтруется, в другом сигналвначале фильтруется и затем делитсяв К-раз, а полученные при этом сигналы вычитаются и по результатам вычитания определяют шумы цифровогофильтра 3),Недостатками известного способаявляется то, что он сложен и обладает заметной методической погрешностью, поскольку операцию деления на 55необходимо выполнять в режимесохранения всех значащих цифр. В противном случае (в режиме с фиксиро 162 2ванной запятой) возникают большиеошибки, Чем меньше динамический диапазон сигнала, обрабатываемого вцифровом фильтре, тем больше методическая погрешность, так как коэффициент деления сигнала К должен бьггьменьше. динамического диапазона.Цель изобретения - упрощениеспособа измерения шумов цифровогофильтра и увеличение его точности.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измеренияшума цифрового фильтра, осуществляющему Ц -точечное дискретное преобразование Фурье, заключающемуся в пропускании через цифровой фильтр синусоидального цифрового сигнала иизмерении амплитуды сигнала на выходе цифрового фильтра, частоту синусоидального сигнала изменяют,устанавливая ее равной значениям,соответствующим нулям амплитудночастотной характеристики фильтров дискретного преобразования Фурье,при этом производят отсчеты сигналана выходе всех фильтров Фурье, характеристика которых имеет нули дляданного значения частоты входногосигнала, позволяющие определитьсреднее и/или среднеквадратичноезначение шума.Существо изобретения основано на следующем принципе.Частотная характеристика каждого из фильтров блока дискретного преобразования Фурье независимо от структуры его реализации является периодической с частотой Ед дискретизации (или повторения) сигналов, причем на.интервале однозначности этахарактеристика имеет М -нулей приМ-точечном преобразовании Фурье.Частотная характеристика цифрового фильтра на выходе каждого изфильтров дискретного преобразования Фурье является результатом пере.множения характеристики собственнопредварительного цифрового фильтраспециальной формы (реализующей, какправило, максимизацию отношения сигнал-шум или отбеливание входного шума и т.п.) и являющегося общим для всех фильтров дискретного преобразования Фурье, и характеристики данного с-ого канала (фильтра) дискретного преобразования Фурье, на выходе которого производятся измерения. Следовательно, нули частотнойхарактеристики каждого из фильтров1103162 3дискретного преобразования Фурьеостаются несмещенными. При бесконечной разрядной сетке входногосигнала, коэффициентов цифровогофильтра, операций над цифровым сиг 5налом, т.е. в идеальном фильтре,сигнал в точках, соответствующихнулям частотной характеристики, должен отсутствовать. В практическойреализации отсчитываемыена данныхчастотах нулей коэффициента передачи значения сигнала представляютсобой значения цифрового шума, который есть результат ограниченнойразрядной сетки коэффициентов фильтра, погрешности операций округления,неоптимальности структуры и т.д.Таким образом, устанавливая амплитуду в пределах разрядной сеткиустройства, а частоту входного сину 20соидального цифрового сигнала поочередно в точках, соответствующихнулям частотной характеристики фильтра и производя отсчеты на выходекаждого иэ фильтров дискретногопреобразователя Фурье, получаем возможность определения среднего и среднеквадратичного значения шума покаждой реализации отсчетов, а такжепо всей совокупности реализации,В целях уменьшения уровня боковых30лепестков основного фильтра вкаждом канале дискретного преобразования Фурье широкое распространениеполучил метод весового суммирования(метод "окна") отсчетов входного сигнала, При этом имеет место изменениеширины основного фильтра и изменение местоположения двух ближайшихк максимуму нулей частотной характеристики. При использовании операции40взвешивания отсчетов входного сигнала отсчеты шума на выходе фильтрадискретного преобразования Фурье,соответствующие нулям главного лепестка фильтра, отбрасываются. Этопозволяет избежать необходимоститочной установки частоты цифровогогенератора в области нулей основноголепестка фильтра. При большом числеЯ, порядка 16 и более, точность50оценки величины среднего и среднеквадратичного значения шума цифрового фильтра при этом падает незначительно, но сам способ измерения становится инвариантным к виду весовойфункцйи (функции окна).ВНИИПИ Заказ 4973/34тввввл ППП тПвтввттт. 4В случае малого количества точек Фурье И (т.е, числа фильтров Фурье, располагаемых в диапазоне однозначности О-Гд Гц) число отсчетов в реализации для каждого канала дискретного преобразования Фурье может быть легко увеличено измерениями для нескольких значений амплитуды входного сигнала.На чертеже показана блок-схема устройства, реализующая предлагаемый способ.Устройство состоит иэ последовательно соединенных генератора 1 цифрового синусоидального сигнала и цифрового фильтра 2, состоящего из последовательно соединенных предварительного цифрового фильтра 3 и блока 4 дискретного преобразования Фурье, к выходам которого через кон- такты переключателя 5 подключен блок 6 измерения среднего и среднеквадратичного значений шума.С целью обеспечения точного соответствия частот, устанавливаемых в генераторе 1 нулям характеристик фильтров дискретного преобразования Фурьечастота синхронизации, опре" деляющая тактовые частоты работы генератора 1 и цифрового фильтра 2, поступает на них от общего источ синюрПри реализации способа устанавли-. вают поочередно конкретное значение амплитуды А, и частоты Г на выходе1генератора 1, и при помощи переключателя 5 производят отсчеты на выходе всех каналов дискретного преобразования Фурье, имеющих соответствие нулей своих частотных характеристик частоте Г;,. Возможно также и для каждого положения переключателя 5 поочередно устанавливать частоту генератора 1 в нулях частотной характеристики каждого из каналов фильтров дискретного преобразования Фурье. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет предельно упростить как сам способ, так иустройство для определения среднегои среднеквадратичного значений шумацифровых фильтров, реализующих фильт.рацию сигналов методом дискретногопреобразования Фурье.Типак 711 ПодписноеУжгород, уд.Проектиаа, 4