Способ безрезонаторного определе-ния косинусной составляющей спектраполосового сигнала

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик.(22) Заявлено 1107.79 (21) 2797333/13-21с присоединением заявки Йо(53)М, К,з С 01 Я 23/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретен менов и А. Ф. Поляк) Заявите Куйбышевский ор политехнический на Трудового Кра нститут им. В. В 4) СПОСОБ БЕЗРЕЗОНАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОСИНУСНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СПЕКТРА ПОЛОСОВОГО СИГНАЛАИзобретение относится к аналого" вым измерениям спектральных характеристик сложных электрических сигналов произвольной формы, задаваемых в форме напряжений, и может быть использовано при исследовании переходных процессов графо-аналитическими методами, а также при составлении программ для определения спектра Фурье на ЭВМ.Известен способ безрезонаторного определения косинусной составляющей спектра полосового сигнала, основанный на применении графо-.аналитического метода, который выполняется в следующей последовательности: переходный процесс представляют в виде графика, период функции т(с) разбивают на М равных частей, обычно берут й = 12, 18, 24 мгновенных значений и вычисляют определенный интеграл по формуле прямоугольников (1 .В силу большой методической по". грешности практическое применениеметода сомнительно.Известен способ, в.котором анализируемамя функция Г(с), заданная графиком, преобразуется в последовательный ряд временных интервалов Г(с ) пропорциональных ряду (1,1,1 Р) равноотстоящих значений Г анализируемой функции. В синусно-косинусный блок вводится независимаяпеременная х в виде угла поворотаравномерно вращающегося вала и номервычисляемой гармоники, устанавливаемый на клавиатуре. Функции синуса икосинуса в виде изменяющихся во времени электрических напряжений 0(с)подаются в интегрирующие блоки при"бора, которые обеспечивают получениесумм произведений значений функциисинуса или косинуса на значения т(х )1анализируемой функции; последние по ступают в интегрирующий блок в видевременных интервалов Т(с;, ), в течение которых интегрируются Функции синуса или косинуса. Выходное устройство измеряет напряжения на выходах 2 О интегрирующих блоков и Фиксируетих по шкале показывающего прибора ввиде коэФФициентов А; и В 1 2),При проведении гармоническогоанализа графически заданных Функцийна гармонических анализаторах неиз.бежны погрешности эа счет сдвига пофазе между анализируемой Функцией икосинусоидой. Перечисленные Факторыне позволяют определить фазовый угол О гармоники с желаемой точностью.822064 Наиболее близким по технической сущности к предложенному являетсяспособ безрезонаторного определения косинусной составляющей спектра полосового сигнала, основанный на периодической выборке мгновенных значений исследуемого сигнала, сравнении с косинусоидальным напряжениемзаданной частоты м, уменьшении амплитуды импульсов пропорционально созеи определении знака для дальнейшего суммирования 33.Однако в этом способе для получения величины косинусной составляющей с более высокой точностью необходимозначительное увеличение числа мгновенных значений исследуемого сигнала(Гс), что связано с увеличением времени анализа и аппаратурным усложнением. Методическая погрешность значения величины косинусной составляющей увеличивается с увеличением номе . ра гармоники, так как на периоде анализируемой гармоники изменяется число мгновенных отсчетов.Цель изобретения - повышение точности25Указанная цель достигается тем, что исследуемый сигнал удваивают по амплитуде, затем выбирают мгновенные значения сигнала с заданным шагом, каждую величину мгновенного значения умножают на соответствующий вес со )к дс, интегрируют с учетом знака.и умножают на поправку для -ой гармоники спектра с учетом числа выборок на интервале обработки сигнала.Подключение весовых коэффициентов соя )Мдс с соответствующим знаком к интегратору на время дискретизации с заданным интервалом позволяет исключить применение дополнительных счетчиков, генератора импульсов 40 с косинусоидальным законом изменения опорной частоты. Введение поправки АЯй + ) в конце интервала обработ" ки сигнала корректирует методическую погрешность и позволяет получить значение вели чины косинусной составляющсй спектра с одинаковой точностьюдля всех гармоник, что очень важно при фазовом спектральном анализе.На фиг. 1 представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.Устройство содержит блок 1 умножения на два,блок 2 выборки мгновенных значений сигнала Г(й),блок 3 знака, линейку 4 весовых сопротивлений; эквивалентных сов )кдс 4, интегратор 5, блок 6 умножения и выдачи результата, программное устройство 7 (микропроцессор).На Фиг. 2 представлены временные диаграммы сигнала .Г(й) на различных 60 этапах его преобразовании для определения косинусной составляющей спектра полосового сигналаисследуемый сигнал 2 Г свыхода блока 1;мгновенные значения сигналаГ(км) с выхода блока 2;эквивалентные величины с выхода блока 4, полученные после перемножения амплитудного значения сигнала на соответствующий вес 2 ИКдцсоЧк 4 Ф;просуммированная последовательность взвешенного сигнала с выхода блока 5;значение величины сигнала свыхода блока 6, эквивалентноеопределяемой косинусной составляющей спектрай-Е Ю(кд+) соз 3 кд+ где аг -М+А3 ) где й - число независимых отсчетовпо времени йТ - длительность анализа;д - интервал дискертиэации повремени;номер гармоники.Исследуемый сигнал усиливается вдвое блоком 1, затем в блоке 2 подвергается дискретизации во времени с интервалом а с,где дН3 = АЮгде А - вычисленное значение коси 3нусной составляющей безучета поправки;- поправка для )-гармониТаким образом, с учетом поправки,формула для вычисления косинуснойсоставляющей имеет видй- о ййоА = - Е, Х созайй- .- Е Х созе.сдЕ, (3) 3 йо к 5 Щ й+3 к=а" где х - концентрированные мгновенныеозначения сигнала в йоментывремени 1 см .Программное устройство 7 (микропроцессор) выдает периодическую последовательность импульсов, с периодом д с, которые подключают блок 2.,ю = о 3 - максимальная (граничная)частота исследуемого полосового сигнала.Причем оптимальное число отсчетов мгновенных значений сигнала равно пяти, т.е. д с выбирается исходя из тех условий, чтобы на периоде граничной частоты укладывалось не менее пяти отсчетов. При определении косинусной составляющей необходимо вводить поправки8220 б 4 таблица 1 Число й точек на перио- де Закон прн- ближе- ния Закон приближе ния ЧисловоесоотношениеЧисло М точекна пе- риоде Числовое соотношение+1 й 191 через клапанирующие схемы к соответствующим весовым коэффициентам сов )Май блока 4. Весовой коэффициент блока 4 и интегратор 5 образуют операционный интегрирующий усилитель с коэффициентом передачи Е эквивалентное сов )км.Таким образом уд 5 военное значение сигнала 1(с) в момент времени ай уменьшится пропорционально сояальт и проинтегрируетсяблоком 5 с учетом знака, выдаваемого блоком 3. В момент Мм (й - 1)бс. напряжение О, накопленное интегратором, пропорциональноч оА= 2 Я.( со 5 сесайкосинусной составляюще, затем с блока 7 поступает управляющий сигнал 5 в блок б, коэффициент передачи которого К: -+, а на выходе блока б будет напряжение , эквивалентное А косинусной составляющей-гармоникй ,с учетом поправки. 20Использование предлагаемого способа безрезонаторного определения косинусной составляющей спектра полосового сигнала обеспечивает по сравнению с известными способами 25 следующие преимущества: воэможность определить с более высокой точностью А косинусную составляющую и при меньшем числе й узлов аппроксимации, что важно при фазовоМ спектральном анализе; позволяет определить А с одинаковой точностью для. всех а спектра полосового сигнала Г, что повышает достоверность анализа; позволяет сократить время анализа с сохранением заданной точности; упрощается аппаратурная реализация, так как число элементов и узлов требуется меньше, чем в аналогичном по назначению устройстве при сохранении заданной точности анализа.С целью определения закона изменения точности при увеличении И числа выборок мгновенных значений сигнала проведен "нализ на единичнойкосинусоиде по Формуле прямоугольни- ков Расчеты провели на малой ЗВИ типа "Наири-К", а результаты представлены в табл. 1.Для оценки эффективности предложенного способа провели расчеты отно. сительной погрешно=ти определения А по известному способу (4) и А - по предложенному способу, т.е.с учетом поправки. Результаты расчетов сведены в табл. 2.Анализируя таблицу 1, можно прийти к выводу, что абсолютное значение величины А - косинусной составляющей в зависимости от М приближается по законуД;: А,( + -), (5) где А - вычисленное значение косинусной .составляющей;А - абсолютное значение косинусной составляющей. Из табл. 2 видно, что при определении косинусной составляющей по пяти точкам относительная погрешность достигает порядка 16,5, а при введении поправки в Формулу (4) составляет порядка 0,0005, т.е. введение поправки существенно снижает погрешность определения А,й 22064 Продолжение табл,2 1,006205 161 1,005525 181 0,5213675 0,000536 1,005241 1,004975 191 0,4950371 0,0000135 201 формула изобретения Способ безрезонаторного опреде-. ления косинусной составляющей спектра полосового сигнала, основанный на периодической выборке мгновенных значений исследуемого сигнала, сравнении с косинусоидальным напряжением заданной частоты со, уменьшении амплитуды импульсов пропорционально солсо й и определении знака для дальнейшего суммирования, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, исследуемый сигнал удваивают по амплитуде, затем выбира. ют мгновенные значения сигнала с заданным шагом, каждую. величину мгновенного значения умножают на 0,61667350,0006147 0,5494642 0,0000118 соответствующий вес сов )л, интег-.грируют с учетом знака и умножаютна поправку для )-ой гармоникиспектра с учетом числа выборок наинтервале обработки сигнала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бессонов Л. А. Теоретическиеосновы электротехники. "Высшая школа", 1972, с.225-231.25 2. Васманов В. В. "Приборы дляматематической обработки и построе"ния кривых. "Машиностроение", 1973,с.144-153.3. Авторское свидетельство СССР30 Р 420948, кл. 6 01 В 23/00, 16. 01. 72822064 г Составитель М. Пластининедактор А. Долинич ТехредТ.Маточка Корректор В. Бутя а Тираж Госуд делам осква у де нт", г. Ужгород, ул. Проектная,ППП "Па 1640/68ВНИИПп113035,ж732рственного кзобретений иЖ, Раушск Подп мите откр я на исноеа СССРтий