Способ определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигнала

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляопределения параметров полигармонического сигнала на фоне шума.Цель изобретения - повышение точности определения частот и амплитудсигнала за,счет уменьшения влиянияшумов.Сущность способа определения частот и амплитуд гармонических составляющих полигармонического сигналазаключается в формировании двух промежуточных сигналов и последующемвычислении спектра исследуемого сигнала, по положениям и значениям максимумов которого измеряют соответственно частоты и амплитуды гармонических составляющих, Первый промежуточный. сигнал получают в виде автокорреляционной функций исследуемогосигнала, но значения этой корреляционной функции для временных задержек от нуля до значения, равного ,максимальному интервалу корреляциишума, не измеряют. Тем самым, теоретически полностью исключается влияние шума на последующие преобразования сигнала, если автокорреляционнаяЬункция шума является затухающей. Второй промежуточный сигнал получают в виде антокорреляционной функциипервого промежуточного сигналаСпектр исследуемого сигнала .на каждойиз частот определяют как кореньквадратный из соответствующего даннойчастоте значения преобразованияФурье второго промежуточного сигнала.На фиг.1 приведены временные диаграммы сигналов, поясняющие предлагаемый способ; на фиг.2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Исследуемый сигнал уИ ) (фиг.1) является суммой гармонического сигнала х(с) и шума Я(с). Известно, ,что если сигнал не коррелирован с шумом, то автокорреляционная функцияК( б) суммарного сигнала у(с) =х(с) +Я(г) является суммой ав" токорреляционных функций сигналаК" ( ь,) и шума К,(9, ), что и показано на соответствующей временной диаграмме фиг. 1. Чтобы исключить влияние шума на последующие преобразова.ния сигнала, необходимо в следующем преобразовании исключить те значения автокорреляционной функции иследуемого сигнала, в которых значещи а ткорреляционнй функци К ф (ф,1гармонического сигнала х(с) суммируются с ненулевыми значениями автокорреляционнойфункции К(2 ) шума(штраух-пунктир на временной диаграмме К,( ь фиг. 1) . Именно введениелвременной задержки, равной максиФмальному интервалу корреляции шумапри измерении первого промежуточногосигнала К(Ф, ), позволяет исключитьвлияние шума на последующие преобразования сигнала, хотя с другой стороны исключает возможность измерения15 спектра. исследуемого сигнала черезпреобразование Фурье первого промежуточного сигнала Кф( ь, ). Так какавтокорреляционная функция полигармонического сигнала в шуме .после инл20 тервала ь является асимптотическиполигармонической функцией с гармоническими составляющими тех же частот, что у сигнала, то возможноповторное измерение автокорреляцион 25 ной функции, т.е. получают второйпромежуточный сигнал К( ь ), которыйявляется автс:корреляционной функциейпервого промежуточного сигнала, причем К(ь ) также является асимптотиЗ 0 чески полигармонической функциейс гармоническими составляющими техже частот, что у сигнала,Киз лц лК ( ") отличаются лишь тем что их9гармонические составляющие входятЗ 5 в сумму с разными множителями приних. Поэтому при вычислении спектраисследуемого сигнала из значенияпреобразования Фурье К "( ) на данЪ лной частоте извлекается квадратный40 корень,Предлагаемый способ может применяться для определения частот иамплитуд гармонических составляющихв шуме только полигармонического45 сигнала. Это объясняется тем, чтоавтокорреляционная функция являетсяполигармонической только для полигармонического сигнала, и поэтомувозможно .именно то ее дополнительное преобразование, которое былорассмотрено. Кроме того, автокорреляционная функция шума должна бытьзатухающей, и иум не должен бытькоррелирован с полигармоническимсигналом. Данное требование выпол-.няется в подавляющем большинствепрактических случаев. Априори необходимо знать или заранее определитьмаксимальный интервал корреляции шу 51 Ь 1919ма 8. Ио если значение Сзаранеенеизвестно, то можно принять егобольшим некоторого разумного предела,который по практическим соображениямне может быть меньше с (например,лО,о у Г", где Г - разрешающая способность измерительного прибора почастоте),Устройство (Аиг.2) содержит аналого-цифровые преобразователи (АПП)1 и 2, ключ 3, формирователь 4 временной задержки, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 5 - 7, идентичные блоки 8 и 9 корреляционной 15обработки, блок 10 быстрого преобразования Фурье, блок 11 извлеченияквадратного корня и блок 12 индикации,Устройство работает следующим 20образом.Исследуемый сигнал поступает навход устройства и преобразуется вцифровую Аорму с помощью АПП 1 и 2,С выхода АИП 1 сигнал непосредственно записывается в ОЗУ 5, а с.выхода1 АЦП 2 на вход ОЗУ Ь тот же сигналпоступает с задержкой о = пьо е,. л лгде щ 6 =С,йс, Ь с - интервал дискретизации ь Блок 8 корреляционной ЭОобработки последовательно для всехл6, издиапаэона нс 6 сь,с- М Ьсл, лвычисляет соответствующее значениеоценки автокорреляционной АункцииЪ( Фо + щ бс )(л = 0,1,.;,М - сигнална выходе ОЗУ 6, М - размер ОЗУ 7),По окончании выполнения агоритмарезультат записывается в соответствующую ячейку ОЗУ 7.Таким образом, в ОЗУ 7 Аормиру- Ф)ется первый промежуточный сигнали 1 АК 1 (ь ). С выхода ОЗУ 7 первый промежуточный сигнал поступает на второйблок 9 корреляционной обработки, навыходе которого формируется второй ф 16промежуточный сигнал % %), Вто-й рой промежуточный сигнал поступает на блок 10 преобразования Фурье, который ормируег сигнал в виде последовательности значений преобразования Фурье второго промежуточного сигнала, из которого извлекается квад" ратный корень в блоке 11 извлечения квадратного корня. Блок индикации обеспечивает отображение значений полученного спектра исследуемого сигнала в графическом режиме на осциллографической трубке, а также отображение значений частот и амплитуд гармонических составляющих поли- гармонического сигнала по положению маркера на граФике спектра.Таким образом, за счет использования второго автокорреляционного преобразования преобразование Фурье этого сигнала не содержит спектра шума, что и поэв ляет повысить точность определения частот и амплитуд сигнала.Формула изобретенияСпособ определения частот и амплитуд гармонических составляющих поли- гармонического сигнала, основанный на автокорреляционном преобразовании исследуемого сигнала и преобразовании Фурье, о т,л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения, алтокорреляционное преобразование сигнала выполняют с временной задержкой не менее максимального интервала корреляции шума, осуществляют дополнительное автокорреляционное преобразование сигнала и по соответствующему данной частоте значению преобразования Фурье определяют частоту и амплитуду гармонических составляющих..Шекиар Редактор И.Го оррек Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям нри ГРИТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 оизволственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,Заказ 44ВНИИПИ Гос оставител ехред И,д А.Орлоьж