Способ разделения спектральных составляющих информационного сигнала и помех

(51)5 6 11 В 2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ хоустойчивости измерений характеристик воспроизводимого с магнитной ленты информационного сигнала путем выявления спектральных составляющих, порожденных колебаниями магнитной ленты, производится многократное воспроизведение одной и той же записи информационного сигнала с магнитофона с одновременным спектральным анализом воспроизводимых сигналов. Между циклами воспроизведения производится операция перемотки магнитной ленты. По результатам спектрального анализа спектральными составляющими, принадлежащими информационному сигналу, считают те, амплитуды которых не различаются от цикла к циклу воспроизведения, те составляющие, которые имеют отличные амплитуды, считают принадлежащими помехам, порожденным колебаниями скорости движения ленты. 5 ил. чной магнит7,.1 6.1. спектра сигнала, повторно воспроизведенного с того же участка магнитной ленты; на фиг.4 и 5 - спектрограммы воспроизведенного синусоидального сигнала.Запись информационных сигналов на магнитную ленту производится на магнитоволне любого типа в соответствии с применяемыми методиками записи измерительной информации, Воспроизведение и анализ сигнала производится с использованием измерительного тракта, структурная схема которого представлена на фиг.1. . Тракт представляет собой последовательное соединение магнитофона 1, спектроанализатора 2 и регистратора 3 результата анализа.Начало воспроизведения сигнала фиксируется меткой на магнитной ленте либо по ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННОГО СИГНАЛА И ПОМЕХ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в областях науки и техники, где производится промежуточная запись измерительных данных нэ аналоговые аппараты магнитной записи, - прикладной акустике, сейсмологии, медицине, при анализе вибраций машин и механизмов, Новым в способе является то, что с целью повышения помеИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости измерений, выполняемых с использованием промежуточной магнитной записи информационных сигналов, в различных областях науки и техники, например в акустике при измерении спектров вибрации машин, механизмов, элементов конструкции транспортных средств с целью их технической диагностики..Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.На фиг.1 показана, структурная схема измерительного тракта, реализующего способ; на фиг,2 - спектрограмма низкочастотного участка спектра воспроизведенного сигнала; на фиг.З - спектрограмма участка 64т ,г, " в".9счетчику ленты на магнитофоне 1, Воспроизведенный сигнал анализируется спектроаналиэатором 2 (иэмеряется спектр амплитуд или спектр мощности), результат анализа выводится на регистратор 3. После первого цикла воспроизведения и анализа выполняют операцию перемотки ленты магнитофона 1. При этом желательно пере-, мотать назад больше, чем было воспроизведено, остановить ленту, а затем перемотать вперед до отмеченного в первом цикле воспроизведения показания счетчика ленты. Далее повторяют цикл воспроизведения спектрального.анализа сигнала и регистрации результата анализа. Такие циклы воспроизведения и анализа повторяют не менее двух раз, после чего сравнивают полученные спектрограммы,При сравнении выявляют две группы спектральных составляющих. спектральные составляющие, амплитуды которых не изменяются от одного цикла анализа к другому, а также спектральные составляющие, амплитуды которых различаются в полученных результатах,. Можно применять различные способы сравнения полученных .спектра граммв визуальное сравнение графиков(фиг,2 - 3 и 4 - Б) и вычитание одной спектрограммы иэ другой. Составляющие, имеющие одинаковые уровни, дадут разность, равную нулккКроме того, можно применять деление одной спектрогрзммы на другую(например, с использованием анализаторов типа 2031, 2033 фирмы брюль и Къер). Составляющие имеющие одинаковыЕ уровни; дадут частное, равное единице. Чем больше число циклов воспроизведения и анализа; тем точ,нее результат. Однако опыт показывает, что после 5 - 7 циклов достоверность результатов не увеличивается.Явления проскальзывания в деталях снижают изменчивость уровней спектральных составляющих влияния колебания скорости ленты (КСЛ). Поэтому с целью уменьшения времени каждого измерения целесообразно измерять мгновенные спектры,.т.е, без усреднения. спектров по ансамблю реализации.Первую группу считают принадлежащей записанному на ленту информационному сигналу, а вторую относят к помехе, порожденной колебаниями скорости ленты магнитофона. Следовательно, при дальнейшем анализе свойств информационного сигнала учитывают только первую группу спектральных составляющих, чем и достигается повышение помехоустойчивости измерений, Из изложенного также следует, что предложенный способ не требует записи на ленту специальных сигналов, чем достигается повышение плотности записи измерительной информации.Математическое доказательство рез лиэуемости способа заключено в выражении, описывающем выходной сигнал на выходе канала ЧМ-записи. При выходе этого выражения предполагают, что К-колебания скорости ленты в режимах записи и 10 воспроизведения синусоидзльные, частотаколебаний равна И; коэффициенты КСЛ равны а (паразитной.амплитудной модуляцией; порожденной КСЛ, можно пренебречь),15 В результате получают сигнал нз выходе ЧМ-канала в видееь= (А(Ьф) ЦЗ Й+Ф(Лф -М (а) Ож(201 + рь) + ВЬ (а) О:Въ )+Ж 1 (э) яПдЬ, О) где А( Ьу ) - амплитуда составляющей с30 частотой И;ф(Ьо) - начальная фаза составляющей с частотой И;Ь р (р 5 - уъ) - разность начальных фазКСЛ в режимах записи и воспроизведения;в - коэффициент пропорциональности;Ь 1 - полезная:девиация несущей;1 я - несущая частота;в - частота записываемого сигнала,40 31(д) коэффициент функции Бесселя,Начальная фаза КЛС зависит от взаимного углового расположения деталей лентопротяжного механизма, таких кзкнаправляющие ролики, шкивы ременныхили фрикционных передач и т,д,В процессе остановки лентопротяжногомеханизма происходит, вследствие инерционности деталей, неизбежное угловое смещение их друг относительно друга, что иприводит к изменению разности начальныхфаз Ьр колебаний скорости ленты в режимах записи и воспроизведения. Вследствиеэтого, как следует из выражения (1)изменяются амплитуды спектральных составляющих как аддитивного шума, описываемогопервым слагаемым формулы (1), так и паразитного чвстотно-модуляционного обрамления сигнала с частотой о, описываемогоаргументом синуса, последняя фигурнаяскобка выражения (1),1647642 7 Ю 0 Выражением (1) дается описание сигнала на выходе канала ЧМ-записи. При пара. эитной задержке выходнОЙ сигнал описывается только вторым слагаемым этого выражения. Следовательно, способ позволяет ив этом случае выявить составляющие паразитной частотной модуляции (ПЧМ).Нв фиг.2 и 3 представлены результаты спектрального анализа низкочастотного участка спектра воспроизведенного сигнала. В качестве информационного. сигнала использована последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования 8,6 Гц. Иэ сравнения фиг.2 и 3 следует, что амлитуды спектральных составляющих сигнала не изменяют свою амплитуду от одного цикла воспроизведения к второму, а амплитуды других составляющих изменяются, что и свидетельствует о реализуемости способа.На фиг.4 и 5 представлены результаты спектрального анализа двух циклов воспроизведения ЧМ-сигнала частотой 975 Гц. Из сравнения этих спектрограмм видно,что амплитуды сигнала с частотой 975 Гц (отмечены знаком 9) сохраняют свою величину, амлитуды составляющих ПЧМ изменяются от цикла к циклу, Из (1) следует, что при иэменениии ЬР изменяется индекс ПЧМ,а это приводит, к изменению уровня несущей с частотой а в спектре ЧМ-сигнала, но вследствие малости индекса ПЧМ это влияние незначительно,5 Формула изобретения Способ разделения спектральных составляющих информационного сигнала и помех, вызванных колебаниями скорости 10 ленты магнитофона, заключающийся в воспроизведении сигнала с магнитной ленты и его спектральном анализе, о т л и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, операции воспроизведения 15 сигнала с магнитной ленты с одновременным измерением его мгновенного спектра выполняет повторно на тех же участках магнитной ленты после перемотки магнитной ленты между этими циклами воспроиэведе ния и спектрального анализа, сравниваютрезультаты спетрального анализа и принимают относящиеся к воспроизведенному информационному сигналу спектральные составляющие, амплитуды которых посто янны по всем результатам анализа, а теспектральные составляющие, амплитуды которых различаются в полученных результатах анализа, относят к помехам, связанным с колебаниями скорости движения 30. ленты.магнитофона,Составитель Н.МакаренкТехред М,Моргентал Тираж 347 Подписноеного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 35, Москва, Ж, Раушская наб 4/5