RU1775679C - Способ адаптивного спектрального анализа - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано дл  анализа энергетического спектра в услови х малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов, например, при обнаружении гармоник в шуме. Цель изобретени  - повышение точности анализа. Эта цель достигаетс  тем, что при фиксированном объеме выборки подвергают Фурье-преобразованию коды коэффициентов фильтров предсказани  1-го, 2-го (М-1)-го пор дков, получают набор отсчетов квадратов амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказани  с 1-го по (М-1)-й включительно , умножают на соответствующие коды ве- совых коэффициентов, после чего суммируют с умноженными на соответствующий весовой коэффициент, отсчетами квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказани  М-го пор дка и результирующий сигнал суммировани  обра-, щают, получа  при этом окончательную оценку спектра. Способ заключаетс  также в том, что из наблюдаемого процесса берут последовательных отсчетов данных, формируют по ним последовательно цифровые коды , соответствующие коэффициентам фильтра линейного предсказани  1-го, 2-го, .... М-го пор дка, коды коэффициентов фильтра предсказани  М-го пор дка подвергают Фурье-преобразованию, берут от результата модуль и возвод т его в квадрат, получают при этом отсчеты квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказани  М-го пор дка. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 5 fe

Description

Изобретение относитс  к радиоизмерительной технике и может быть использовано дл  анализа энергетического спектра в услови х малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов, например, при обнаружении гармоник в шуме.

Целью изобретени   вл етс  повыше- , ние точности анализа.

На фиг. 1 представлена структурна  схема адаптивного спектроанализатора, реализующего данный способ; на фиг. 2

представлена структурна  схема фильтра предсказани .

Адаптивный спектроанализатор содержит последовательно соединенные входной аналого-цифровой преобразователь 1, первый блок 2 пам ти,, фильтр 3 предсказани , измеритель 4 дисперсии, первый блок 5 обращени , умножитель 6, сумматор 7, второй блок 8 пам ти, второй блок 9 обращени , вход которого также соединен со вторым входом сумматора 7, а второй выход фильтра 3 предсказани  подключен к информациvj

VI

Ю

онному входу блока 10 преобразовани  Фурье, выход последнего соединен со вторым входом умножител  6. Выходы блока

11управлени  подключены соответственно к синхровходу умножител  б и управл ющему входу блока 8, управл ющему входу блока 10, к первому управл ющему входу фильтра 3, к адресному входу блока 8, к адресному входу блока 2, к управл ющему входу блока 2 и второму управл ющему входу фильтра 3, к управл ющему входу преобразовател  1,

Фильтр предсказани  3 содержит последовательно соединенные вычислитель

12коррел ционной матрицы, блок 13 обращени  матрицы, умножитель 14 и накапливающий сумматор 15.

Оценивание энергетического спектра способом адаптивного спектрального анализа производ т путем квантовани  по времени и уровню входного процесса x/t, запоминани  полученных отсчетов данных Хп, вычислени  коэффициентом фильтров линейного предсказани  с первого по М-й пор док ai, m(i 1. m; m 1, M) и соответствующих квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик Km2(f), определени  весовых коэффициентов Am по дисперси м

откликов dm фильтров предсказани  с первого по М-й пор док, взвешивани  квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик Km2(f) (m 1, М) с соответствующими .коэффициентами Am, суммировани  с накоплением полученного результата и обращени  полученной суммы.

Анализатор спектра (фиг. 1) работает следующим образом: в исходном состо нии в блоке 8 пам ти, измерителе 4 дисперсии, накапливающем сумматоре 15, установлены нулевые начальные значени . При подаче исследуемого процесса хп на вход адаптивного спектроанализаторз аналого- цифровой преобразователь 1 формирует последовательность отсчетов хп, которые запоминаютс  в блоке 2 пам ти в соответствии с управл ющим и адресным сигналами , поступающими на его соответствующие входы с 6-го и 5-го выходов бпока 11 управлени . С выхода блока 2 пам ти отсчеты хп поступают на вход фил ьтраЗ предсказани , в котором формируютс  коэффициенты линейного предсказани  ai, m и отклик фильтра In, m (n 1, m, m - 1, M) по сигналам управлени  поступающими с 3-го и б-го выходов блока 11.

Коэффициенты ai, m подаютс  на вход блока 10 преобразовани  Фурье, в котором по управл ющему сигналу со второго выхода блока 11 происходит вычисление отсчетов квадрата модул  амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 М-го пор дка

Км2(т)

рр

г . Последние с выI 2/ ап,м е n 1

хода блока 10 поступают на вход умножител  6, на другой вход которого подаетс  значение весового коэффициента AM с выхода блока 5 обращени . В измерителе Q 4 дисперсии и блоке 5 происходит вычисление коэффициента Ам 1/ом , где

0м(1/М) § еЈ.м,

по отклику en, м

n 1

фильтра предсказани  М-ro пор дка. По сигналу, поступающему с первого выхода блока 11 управлени  на управл ющий вход умножител  6 происходит взвешивание значений квадрата модул  амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 предсказани  с соответствующим коэффициентом , AM и значени  результата AM KM (f) через сумматор 7 и блок 8 пам ти поступают на блок 9 обращени , в котором вычисл етс  оценка спектра См(т) о$л 11 Км2(т) I.

В теории спектрального оценивани  показано , что точность результирующей оценки Ом(0 возрастает при увеличении пор дка М фильтра 3 предсказани . Поэтому на

практике М выбирают по возможности большим , пор дка 8...10. Однако при ограниченном количестве входных отсчетов XL X2

хп, при увеличении М дл  оценки спектра GM(T) характерно по вление в спектре дополнительных (ложных) составл ющих и смещение частоты истинных гармонических сигналов. Возможно повышение точности оценки спектра путем уменьшени  пор дка М, но при этом одновременно уменьшаетс 

количество истинных составл ющих в спектре (не вы в тс  в оценке спектра истинные гармонические сигналы) и ухудшаетс  разрешающа  способность.

Дл  увеличени  точности оценивани 

спектра адаптивным спектроанализатором при ограниченном количестве отсчетов {хп} (п 1, N), дополнительно вычисл ют квадраты модулей амплитудно-частотных характеристик Km2(f) фильтров предсказани  с

первого по (М-1)-й включительно и весовые коэффициенты Am (m 1, (М - 1), аналогично пор дку М.

Дл  сохранени  истинных составл ющих в оценке спектра и получени  высокой разрешающей способности квадраты амплитудно-частотных характеристик Km (f) (m i, (M - 1) умножают на соответствующие коэффициенты АЩ в умножителе б и с его выхода подают на вход сумматора 7,

на второй вход которого поступает сумма

взвешенных квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказани  с М-ro по (т + 1)-й пор док

м

включительно 2 k Kj (f). Результат сум- J m + 1

мировани 

S 4 к,:

(f) no сигналам адреса

и управл ющему поступающим с выходов 4 и 1 блока 11 управлени  на соответствующие входы блока 8 пам ти записываетс  в последний и затем поступает на второй вход сумматора 7 дл  получени  следующей весовой суммы. Результирующа  оценка спектра формируетс  на выходе блока 9 обращени  после взвешивани  квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказани  с первого по М-й

G(f)1/ (f).

включительно

Claims (2)

1. Способ адаптивного спектрального анализа, заключающийс  в формировании из N последовательных отсчетов сигналов, пропорциональных коэффициентам фильтра линейного предсказани  1-го, 2-го, .... М-ro пор дка, Фурье-преобразовании сигналов коэффициентов

фильтра предсказани  М-го пор дка, детектировании сигналов, пропорциональных квадрату амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказани  М-ro пор дка . отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности анализа, подвергают Фурье-преобразованию сигналы коэффициентов фильтров предсказани  1-го. 2-го..... (М-1)-го пор дков, детектируют сигналы,

пропорциональные квадратам амплитудно- частотных характеристик фильтров предсказани  с 1-го по ( включительно, умножают на соответствующие сигналы весовых коэффициентов, суммируют с умноженным на соответствующий весовой коэффициент сигналом квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказани  М-го пор дка и результирующий суммарный сигнал подвергают нелинейному преобразованию, получа  при этом окончательную оценку спектра.

2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что при определении сигналов весовых коэффициентов подают .N последовательных отсчетов данных на фильтр предсказани  М-ro пор дка, его сигнал отклика детектируют и интегрируют на конечном временном интервале и полученные при этом оценки дисперсии отклика подвергают

нелинейному преобразованию.

М

G(f)