Способ анализа спектра случайных сигналов

(г ИЛ,где 7, а - максимальная допустимаямысскорость перестройки частоты, найденная из условияобеспечения заданной точности. анализа для детерминированного сигнала;0 Х 1 - дисперсия выходного сиг 1нала в точке 1 частотногодиапазона;6 шА - квадрат заданной, допустиАопмой погрешности анализа.Перемещают исследуемый спектр гетеродинным модм относительно, полосы узкополосного фильтра путем перестройкичастоты гетеродина; последовательно выделяют фильтром соответствующие участки анализируемого спектра, квадрируют и контролируют выход" ной сигнал,В процессе перестройки по астоте выполняются следующие действия: определяют текущее среднее значение выходного сигнала с заданной точностью55 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 контролярадиотехнических систем, спектрометрии, автоматике, акустике и другихобластях,Цель изобретения - обеспечениезаданной точности анализа спектра, стационарного эргодического случай ного процесса за минимальное время.Способ заключается в том, что в .первой точке анализируемого частотногодиапазона (до начала перестройки почастоте) определяют среднее значение ш.Х выходного сигнала Х.(квадрированное значение .сигнала свыхода Фильтра) с заданной точностью,а также определяют дисперсию ЭХ 1выходного сигнала Х; контролируютнайденное с заданной точностью среднее значение квадрированного сигналана.выходе фильтра, Далее определяютначальное значение Ч скорости перестройки частоты гетеродина (скоростипрохождения заданного диапазона частот, в котором ведется анализ) как выходного сигнала, скорость 7 перемещения исследуемого спектра изменяютв зависимости от изменения дисперсиивыходного сигнала, например, в соответствии с выражениемЧмаксЧ = ----1 йО, ш 3 дгде 7 - максимальная скоростьмакспрохождения заданногочастотного диапазона, допустимая при анализе с.заданной точностью спектра детерминированного сигнала;ПХ- текущая дисперсия выходног.о сигнала;Я Я - квадрат допустимой, за Аоаданной погрешности анализа.Если погрешность анализа заданав относительных единицах о (например, в процентах), скорость пере мещения исследуемогоспектра опр деляется выражением Ч макс.-.м,мР ГХ 3гщггде 3 - заданнаяотносительная по- грешность;ш - текущее среднее значениевыходного сигнала,На чертеже приведена структурнаясхема устройства, которое реализуетспособ,Устройство содержит последовательно соединенные смеситель 1, фильтр 2,квадратор 3, аналого-цифровой преобразователь А, вычислитель 5, блок 6 памяти, соединенный с анализатором 7,второй выход которого соединен с вычислителем 5, а выход - с блоком 8вычисления скорости анализа, которыйсоединен выходом через блок 9 управления частотой гетеродина в виде ПКНи гетеродин 11 со смесителем 1.Устройство работает следующим образом.Анализ спектра можно подразделятьна два этапа: в первой точке заданного частотного диапазона. анализа; взаданном частотном диапазоне.На первом этапе (до начала перестройки по частоте) исследуемый сигнал гетеродинируется в смесителе 1с помощью сигнала гетеродина 11, Раз ностный сигнал выделяют узкополосным5 16139фильтром 2, Сигнал с фипьтра 2 квадрируют квадратором 3, преобразуют вАЦП 4 в код, и усредняют в блоке вычисления 5 до получения требуемойточности.Для достижения заданной точностив блоке вычисления 5 определяют среднее значение выходного квадрированного сигнала тп, его дисперсию В,квадраты отклонений (Х - тп- ) сумНиму квадратов реализацийХ и сумму1:1квадратов их отклонений , (Х, - тп;, )2 15Блок памяти 6 запоминает все учтенные квадраты реализаций сигналаи соответствующие квадраты отклоненийХ Х, , Х Х; 20,.ет- измеренноеизмерителем 10частоты значение частоты гетеродица в первой точке анализа,Найденное с заданной точностью ввычислителе 5 среднее значение выходного сигнала тп:" контролируют, сравнивая в анализаторе 7 с допуском,значение которого на анализатор 7поступает из блока 6 памяти,По данным из блока памяти 6 в блоке 8 вычисления скорости анализавычисляют начальную скорость перестройки частоты гетеродица (скорости прохождения заданного диапазона .частот, в котором ведется анализ)в соответствии с выражениемсумму квадратов реализаций, суммуквадратов их отклонений 30 И ИИ,+т - - ) +и - = И Гетпр, р И ИХ;, (Х - ш )ф, 1;, ф=1 1=среднее значение выходного сигнала тпп, дисперсию БХ и число учтенйых реализаций и.Чтобы учитывзть 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 какЦФигде ЬЕ - полоса пропускания фильтра;и - число учтенных реализаций1сигнала, обеспечивающее требуемую точность определенияср еднего.Каждой учтенной реализации при- сваивают в блоке 6 памяти соответствующее значение частоты (например, для варианта, когда частота г етер одина ниже частоты сигнала) .Реализации: Х,; Х, , Х; ХИ,Соответствующие частоты: Г 1, Г,Г ., ЕИ, где частоты определя ются следующим образом: Чла ксЧ =В" Х,6 одопгде Ч,чскс и допустимая погрешностьЯозаранее заложенные в блок 6памяти значения, а В Х 1 дисперсия выходного сигнала в 1 точкечастотного диапазона вычислена в блоке 5 вычисления одновременно с определением среднего тп" и запомненав блоке 6 памяти,Если допустимая погрешность за-,дана в относительных единицах 3например, в 7, то Е ш 1 вычисляется)Я, =тпгде тп - найденное среднее значение1выход ног о сиг нала,Далее следуют операции для анализа спектра в процессе перестройкипо частоте (например, вверх) .Начинают перестройку гетеродина 11 с найденным значением скоростиЧ с помощью блока 9 управления час 1тотой гетеродина; получают новое квадрированное значение сигнала с выхода фильтра 2: Х И , , Далее преобразуют это значение в код в А 11 Л 4 и запоминают это значение Х Н+ в блоке 6 памяти Измеряют соответствующую частоту гетеродина Гптт измерителем 10 и вычисляют в блоке 5 соответствующую Х +, частотуИЕь+1 гет, + фкоторую запоминают в блоке 6 памяти;Контролируют частоты Е, (в первой 5точке Еи= Е), сравнивая с верхней границей. заданного частотногодиапазона анализа, и если частотавышла за верхнюю границу диапазот 1 йна, заканчивают анализ, а если час- Отота Елнаходится в заданном диапазоне анализа, продолжают анализ.Определяют в вычислителе 5 очередное среднее ш 1 выходного .сигв+нала с заданной точностью, для этого определяют частоты Е, Е,Е, вышедшие из полосы фильтра ЬЕ,кфкак те, что ниже нижней границыфильтра20" к -(Ео. - Е)и соответствующие этим частотам реализации (зти реализации должны быть исключены):Х,у Хд, аау Х,квьиисляют разность (Хь+,-,3 Хф)хк=.ЬХ, где Х; - сумма реализаций,1 Ы 30вышедших из полосы фильтра; .ВХвеличина изменения сигнала на выходефильтра от сдвига по частот.е и прихода. новой реализации Хм+1Далее вычисляют число учитываемых35реализаций, каки =(и +1)Ктг 1и определяют очередное. среднее значение выходного сигнала как40х;+ Ьаа 1шфй+ и фИлкгде . Хберется для ускорения вьиисленийиз ячейки памяти блока 6, оп ределять ш"+1 по указанному выражению бйстрее чем Но" выражениемх,ПФ -, й. ви п 150Оценивают изменение дисперсии выходного сигнала в новой точке частотного диапазона, вычисляя в вычи- слителе 5 разностьк(Х " ш" ) в ;Е(Х- шь ) - Ьм в х Если 3,(0. (т.е. дисперсия сигнала уменьшалась, и, следдвательно, точность определения среднего обеспечена) контролируют тпв анализаторе 7,Вычисляют дисперсию Э Х в блоин ке 5 в виде пх, (Х - шл ) +501халн ппВычисляют в блоке 8 новое (большое) значение скорости по ФормулеЧмакс7В в+Я 3б шд,и с этой (большой) скоростью продолжают перестройку с помощью блока 9управления частотой гетеродина (повторяют цикл работы),Если ВО (т,е, дисперсия сигнала возросла) останавливают перестройку по частоте, (в точке Е+ ); определяют в вычислителе 5 очередноесреднее значение выходного сигналас заданной .точностью путем учетановых реализаций Х+х Хд+з хОдновременно запоминают в блоке 6памяти новые реализации и квадратыих отклонений и .соответствующую имчастоту; реализации Хл Х , Х+З,соответствующая частота ЕЕдЕ+, обеспечив заданную точность,контролируют ш, найденное с заданной 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 енияСпособ 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 щ и й с я тем,.что, с целью уменьшения времени анализа присохранения заданнойточности,скорость перемещения исследуемого спектра изменяют в зависимости от изменения дисперсии анализируемого сигнала всоответствии с выражением10 613970 Составитель ЕГубановТехред Л.Олийнык Корректор А.Обручар Редактор И. Сегляник Заказ 3891 Тираж 558 Подпис ноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Ч максЧ0" Ггс=з-, - ,. -где Ч - максимальная скорость прохождения заданного диапазона, допустимая при анализе с заданной точностьюспектра детерминированногосигнала;0 - дисперсия выходного сигнала р.ДЯ - квадрат допустимой заданной погрешности анализа.