RU2006072C1 - Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме - Google Patents
Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме Download PDFInfo
- Publication number
- RU2006072C1 RU2006072C1 SU4892276A RU2006072C1 RU 2006072 C1 RU2006072 C1 RU 2006072C1 SU 4892276 A SU4892276 A SU 4892276A RU 2006072 C1 RU2006072 C1 RU 2006072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- noise
- source
- level
- signal
- signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: акустика и радиотехника, в частности определение уровня шума источника в суммарном шуме основан на раздельном приеме сигналов шума источника и суммарного шума и фильтрации каждого из них в выбранной полосе частот. Сигналы шума источника и суммарного шума приводят к масштабу времени сигнала шума источника. Осуществляют спектральный анализ обоих полученных сигналов. Определяют соотношение между уровнем сигнала источника и уровнем спектральной составляющей несущей частоты, сформированной в процессе приведения масштаба времени, путем определения эффективного коэффициента модуляции m сигнала на сформированной несущей частоте. Измеряют уровень спектральной составляющей на несущей частоте Uнш в спектре суммарного шума и определяют полосовой уровень шума Uнш источника в суммарном шуме в соответствии с формулой U ш=U ш(1+0.5m2). 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения уровня шумового сигнала отдельного источника в суммарном шуме нескольких источников независимо от физической природы сигнала, например в акустике или радиотехнике. Ниже предлагаемый способ будет рассмотрен на примере определения уровня акустического сигнала.
Уровень шума отдельного источника можно определить, зная уровень суммарного шума и вклад данного источника в суммарный шум (см. Новиков А. К. Статистические измерения в судовой акустике, "Судостроение", Л. , 1985), как произведение этих величин. Вклад данного источника можно оценить при включении или выключении данного источника по изменению уровня суммарного шума. Однако это не всегда возможно, например, нельзя выключить отдельные механизмы в системе жизнеобеспечения судна. Это обстоятельство сужает область применимости метода.
В качестве прототипа целесообразно выбрать способ, сущность которого заключается в том, что после полосовой фильтрации сигнала источника и суммарного шума с одинаковыми полосами частот измеряют среднеквадратичные значения сигналов источника и суммарного шума с выделением амплитудных огибающих этих сигналов. Затем определяют автокорреляционную функцию огибающей сигнала источника и взаимнокорреляционную функцию огибающих сигнала источника и суммарного шума. Уровень сигнала данного источника в суммарном шуме определяют как произведение среднеквадратичных значений сигналов и суммарного шума на корень квадратный из отношения амплитуд периодических составляющих измеренных ранее функций взаимной корреляции и автокорреляции.
Из изложения сущности способа-прототипа следует, что он может быть использован для определения уровня только таких источников, которые имеют характерный признак - амплитудную модуляцию периодическим сигналом. В акустике к таким источникам относятся такие, как гребные винты судов, механизмы ударного и возвратно-поступательного действия. Определить уровни шума источников, не обладающих этим признаком, с помощью способа-прототипа невозможно.
Целью предлагаемого изобретения является разработка способа определения уровня шума источников, не обладающих амплитудной модуляцией, т. е. расширение области применимости метода.
Поставленная цель достигается тем, что принятые раздельно и отфильтрованные с определенной полосой частот сигналы шума источника и суммарного шума нескольких источников приводят к масштабу времени сигнала, источника и осуществляют спектральный анализ обоих полученных в приведенном масштабе времени сигналов. Определяют эффективный коэффициент модуляции на сформированной в процессе приведения масштабов времени несущей частоте. В спектре сигнала суммарного шума изменяют уровень составляющей на несущей частоте и определяют уровень шума источника, умножая измеренный уровень на сумму единицы и половины квадрата эффективного коэффициента модуляции.
Наличие отличительных признаков (новых операций в способе) удостоверяет новизну предлагаемого способа определения уровня шума отдельного источника в суммарном шуме нескольких источников. Заявителю и авторам не известны другие технические решения со сходными признаками, из чего делаем вывод о том, что предложенное техническое решение обладает существенными отличиями.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - спектр сигнала шума источника на выходе полосового фильтра 3 и суммы сигнала и помехи на выходе полосового фильтра 4; на фиг. 3 - спектр сигнала шума источника в приведенном масштабе времени; на фиг. 4 - спектр суммарного сигнала в масштабе времени, приведенном к масштабу времени сигнала шума источника.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг. 1. Оно состоит из датчика 1 сигнала шума источника и датчика 2 суммарного шума, выходы которых соединены с входами полосовых фильтров 3 и 4, имеющих идентичные частотные характеристики. Выходы полосовых фильтров 3 и 4 соединены с входами двухканального цифрового спектроанализатора 5. Выход полосового фильтра 3 сигнала шума источника подключен также к входу кратного преобразователя 6 частоты, выход которого соединен с входом внешней частоты дискретизации цифрового анализатора 5, выходы которого подключены к входам вычислительного устройства 7.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. С помощью датчиков 1 и 2 осуществляется раздельный прием сигналов шума источника и суммарного шума. Так, при определении вклада отдельного механизма в общий шум нескольких работающих механизмов (станков в помещении цеха, насосов, дизелей и др. , в машинном отделении судна) в качестве датчика 1 сигнала шума источника может быть использован вибродатчик или микрофон вблизи механизма, в качестве датчика 2 суммарного шума - микрофон в требуемом месте помещения. Принятые сигналы отфильтровываются в определенной полосе с помощью полосовых фильтров 3 и 4, имеющих одинаковые частотные характеристики. Далее выполняются приведение масштабов времени сигналов шума источника и суммарного шума к масштабу времени сигнала шума источника. Эта операция выполняется аналогично способу, использованному в устройстве по авт. св. N 539314, 1976, ("Аппарат магнитной записи", авторы Медведев Ю. П. , Сорокин А. В. ) для компенсации временных нестабильностей сигналов. В данном случае в качестве буферных запоминающих устройств используются оперативные запоминающие устройства обоих каналов двухканального цифрового спектроанализатора 5, а в качестве управляемых аналого-цифровых преобразователей (АЦП) - АЦП спектроанализатора 5, при этом спектроанализатор 5 работает в режиме управления от внешней частоты дискретизации. Сигнал внешней частоты дискретизации вырабатывается с помощью кратного преобразователя 6 частоты, на вход которого подан сигнал шума источника с выхода полосового фильтра 3. Таким образом, в оперативных запоминающих устройствах спектроанализатора 5 накапливаются сигналы в приведенном к сигналу шума источника масштабе времени. Коэффициент преобразования частоты кратного преобразователя 6 выбирается таким, чтобы были соблюдены требования теоремы Котельникова для обоих преобразуемых в цифровую форму сигналов. Отметим, что в качестве двухканального спектроанализатора 5 могут быть использованы, например, отечественный анализатор типа БПФ-2М или анализатор типа 2034 фирмы Брюль и Къер, Дания. В качестве кратного преобразователя 6 частоты может быть использован, например, умножитель частоты на основе системы фазовой автоподстройки частоты, аналогичный прибору типа 1901 фирмы Брюль и Къер, Дания, но полоса пропускания его фильтра нижних частот должна быть не уже ширины полосовых фильтров 3 и 4, чтобы не допустить искажений в процессе приведения масштабов времени.
Сигнал шума источника на выходе полосового фильтра 3 можно записать в виде
Sи(t)= Aи(t)cos[ ωo(t) + φи(t)] , (1) где ωо - центральная частота спектра сигнала.
Sи(t)= Aи(t)cos[ ωo(t) + φи(t)] , (1) где ωо - центральная частота спектра сигнала.
В результате приведения масштаба времени шума источника частотно-модуляционная компонента сигнала (сомножитель cos[ωo(t) + φи(t)] ) превращается в синусоидальный сигнал, а амплитудно-модуляционная компонента (сомножитель Aи(t)) приобретает дополнительную временную модуляцию, т. е. (1) можно записать в виде
Sи[t+ τ (t)] = Aи[t+ τ(t)] cos ωot . (2)
Это амплитудно-модулированный сигнал с несущей частотой ωо(фиг. 2.1, 3).
Sи[t+ τ (t)] = Aи[t+ τ(t)] cos ωot . (2)
Это амплитудно-модулированный сигнал с несущей частотой ωо(фиг. 2.1, 3).
Сигнал суммарного шума (источника помехи) на выходе полосового фильтра можно записать в виде
Sп(t)= Aи(t)cos[ ωo(t) + φи(t)] +
+Aп(t)cos[ ωo(t) + φп(t)] . (3)
В результате приведения масштаба времени суммарного сигнала к масштабу времени источника выражение (3) преобразуется к виду:
Sп[t+ τ(t)] = Aи[t+ τ(t)] cos ωo(t)+Aп[t+
+ τ(t)] cos{ ωo[t+ τ(t) + φп(t+ τ (t)] } , (4) т. е. в составе суммарного сигнала также формируется дискретная составляющая на несущей частоте ωo (ср. первое слагаемое в выражениях (4) и (2)), причем первое слагаемое в (4) подобно (2), но может отличаться масштабным коэффициентом.
Sп(t)= Aи(t)cos[ ωo(t) + φи(t)] +
+Aп(t)cos[ ωo(t) + φп(t)] . (3)
В результате приведения масштаба времени суммарного сигнала к масштабу времени источника выражение (3) преобразуется к виду:
Sп[t+ τ(t)] = Aи[t+ τ(t)] cos ωo(t)+Aп[t+
+ τ(t)] cos{ ωo[t+ τ(t) + φп(t+ τ (t)] } , (4) т. е. в составе суммарного сигнала также формируется дискретная составляющая на несущей частоте ωo (ср. первое слагаемое в выражениях (4) и (2)), причем первое слагаемое в (4) подобно (2), но может отличаться масштабным коэффициентом.
Для решения поставленной задачи в вычислительном устройстве 7 должны быть выполнены следующие операции с использованием спектров сигналов (в случае определения соотношения между уровнем сигнала источника и уровнем сформированной на частоте ωо несущей через коэффициент модуляции).
1. Определение коэффициента модуляции сигнала источника на сформированной несущей частоте ωо, для чего:
измеряется уровень сигнала Uс 2 путем суммирования составляющих энергетического спектра;
измеряется уровень Uп 2 несущей на частоте ωо энергетического спектра сигнала;
рассчитывается эффективный коэффициент модуляции по формуле
m = . (5)
Данная формула получена из выражения (3, . 7) в книге Гоноровского "Радиотехнические цепи и сигналы", "Сов. радио", М. 1977 г.
измеряется уровень сигнала Uс 2 путем суммирования составляющих энергетического спектра;
измеряется уровень Uп 2 несущей на частоте ωо энергетического спектра сигнала;
рассчитывается эффективный коэффициент модуляции по формуле
m = . (5)
Данная формула получена из выражения (3, . 7) в книге Гоноровского "Радиотехнические цепи и сигналы", "Сов. радио", М. 1977 г.
2. Определение уровня шума отдельного источника в суммарном шуме с использованием полученного ранее по формуле (5) значения эффективного коэффициента модуляции, для чего:
измеряется уровень Uнш 2 спектральнoй составляющей на несущей частоте ωо в спектре суммарного шума;
рассчитывается искомый уровень Uш 2 шума источника по формуле
Uш 2= Uнш 2(1+0,5m2) (6) (см. формулу (3.7) указанной книги И. С. Гоноровского).
измеряется уровень Uнш 2 спектральнoй составляющей на несущей частоте ωо в спектре суммарного шума;
рассчитывается искомый уровень Uш 2 шума источника по формуле
Uш 2= Uнш 2(1+0,5m2) (6) (см. формулу (3.7) указанной книги И. С. Гоноровского).
Работоспособность предлагаемого способа была проверена методом моделирования на ЭВМ. Для этого в память машины были введены некоррелированные реализации белого шума. Один из сигналов считался сигналом источника, сумма двух сигналов - суммарным сигналом. Произведена полосовая фильтрация обоих сигналов при ширине полосы фильтрации 23 Гц на средней частоте 100 Гц, т. е. относительная полоса фильтрации равна третьоктаве. Спектры сигнала шума источника и суммарного шума представлены на фиг. 2 (кривые 1 и 2 соответственно). Измеренные в полосе фильтрации уровни сигналов составили:
уровень сигнала шума источника Uс 2= 0,9484 В2;
уровень суммарного сигнала Uсс 2= 1,975 В2.
уровень сигнала шума источника Uс 2= 0,9484 В2;
уровень суммарного сигнала Uсс 2= 1,975 В2.
По спектру сигнала шума источника в приведенном масштабе времени (фиг. 3) измерен уровень несущей на частоте ωо= 100Гц, Uн 2= 0,4367 В2. Полученные данные позволяют определить по формуле (5) квадрат коэффициента модуляции:
m2= = 2· = 2.3435 . По спектру сигнала суммарного шума в приведенном масштабе времени (фиг. 4) измерен уровень спектральной составляющей на частоте ωо= 100 Гц, Uнш 2= 0,4164 В2 и рассчитан уровень сигнала источника в суммарном шуме
Uш 2= Uнш 2(1+0,5m2)= 0,4164 ˙ (1+
+0,5 ˙ 2,3435)= 0,904 В2
В данном случае при моделировании полагали, что коэффициент передачи от источника к приемнику равен единице, а при измерении спектров использовалось усреднение по выборкам. При этих условиях погрешность измерения составила
δ= ·100 = ·100= 4.5 % .
m2= = 2· = 2.3435 . По спектру сигнала суммарного шума в приведенном масштабе времени (фиг. 4) измерен уровень спектральной составляющей на частоте ωо= 100 Гц, Uнш 2= 0,4164 В2 и рассчитан уровень сигнала источника в суммарном шуме
Uш 2= Uнш 2(1+0,5m2)= 0,4164 ˙ (1+
+0,5 ˙ 2,3435)= 0,904 В2
В данном случае при моделировании полагали, что коэффициент передачи от источника к приемнику равен единице, а при измерении спектров использовалось усреднение по выборкам. При этих условиях погрешность измерения составила
δ= ·100 = ·100= 4.5 % .
Эта погрешность объясняется недостаточной статической достоверностью вследствие малого числа усреднений при измерениях спектров.
Из изложенного следует, что технический эффект от внедрения предлагаемого изобретения состоит в расширении области применимости способа определения уровня шума источника в суммарном шуме нескольких источников, так как предлагаемый способ не предполагает, как способ-прототип, наличия амплитудной модуляции сигнала шума источника периодическим сигналом, т. е. он не накладывает никаких условий на свойства сигнала источника.
Экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения определяется объемом внедрения и важностью решаемой задачи и не может быть оценен заранее. (56) Авторское свидетельство СССР N 492053, кл. H 04 R 29/00, 1974.
Claims (1)
- СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОСОВОГО УРОВНЯ ШУМА ИСТОЧНИКА В СУММАРНОМ ШУМЕ, основанный на раздельном приеме сигналов шума источника и суммарного шума и фильтрации каждого из них в выбранной полосе частот, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем обеспечения возможности определения шума источников, не обладающих амплитудной модуляцией, сигналы шума источника и суммарного шума приводят к масштабу времени сигнала шума источника, осуществляют спектральный анализ обоих полученных сигналов, определяют соотношение между уровнем сигнала источника и уровнем спектральной составляющей несущей частоты, сформированной в процессе приведения масштаба времени, путем определения эффективного коэффициента модуляции m сигнала на сформированной несущей частоте, измеряют уровень спектральной составляющей на несущей частоте uнш в спектре суммарного шума и определяют полосовой уровень шума uш источника в суммарном шуме в соответствии со следующей формулой:
uш 2= uнш 2(1+0,5m2).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4892276 RU2006072C1 (ru) | 1990-12-19 | 1990-12-19 | Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4892276 RU2006072C1 (ru) | 1990-12-19 | 1990-12-19 | Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006072C1 true RU2006072C1 (ru) | 1994-01-15 |
Family
ID=21550808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4892276 RU2006072C1 (ru) | 1990-12-19 | 1990-12-19 | Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2006072C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478976C1 (ru) * | 2011-07-29 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Способ выделения сигнала шума источника из суммарного шума |
RU2503031C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") | Способ подавления структурной помехи приемного канала дискретной антенны |
RU2525701C1 (ru) * | 2012-12-29 | 2014-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Способ подавления реверберационной помехи |
RU2647994C1 (ru) * | 2016-12-07 | 2018-03-21 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ подавления реверберационной помехи при измерении акустических характеристик активного противогидролокационного покрытия в ограниченной акватории |
RU2750846C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-07-05 | Александр Евгеньевич Сундуков | Способ измерения энергетической ширины спектральной составляющей вибрации машин |
-
1990
- 1990-12-19 RU SU4892276 patent/RU2006072C1/ru active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478976C1 (ru) * | 2011-07-29 | 2013-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Способ выделения сигнала шума источника из суммарного шума |
RU2503031C1 (ru) * | 2012-07-03 | 2013-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт имени академика А.Н. Крылова" (ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова") | Способ подавления структурной помехи приемного канала дискретной антенны |
RU2525701C1 (ru) * | 2012-12-29 | 2014-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Способ подавления реверберационной помехи |
RU2647994C1 (ru) * | 2016-12-07 | 2018-03-21 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Способ подавления реверберационной помехи при измерении акустических характеристик активного противогидролокационного покрытия в ограниченной акватории |
RU2750846C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-07-05 | Александр Евгеньевич Сундуков | Способ измерения энергетической ширины спектральной составляющей вибрации машин |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4283767A (en) | Multiple correlator reference processor | |
US5420516A (en) | Method and apparatus for fast response and distortion measurement | |
CN109991590B (zh) | 一种在有限空间压力罐内测试换能器低频发射特性的系统与方法 | |
US8121222B2 (en) | Systems and methods for construction of time-frequency surfaces and detection of signals | |
RU99100301A (ru) | Способ измерения времени распространения звукового сигнала в текучей среде и способ измерения скорости потока текучей среды | |
RU2006072C1 (ru) | Способ определения полосового уровня шума источника в суммарном шуме | |
EP0175403B1 (en) | A device for determining the velocity in a flowing fluid by use of the acoustic doppler-effect | |
RU2694270C1 (ru) | Устройство определения водоизмещения надводного корабля при его шумопеленговании | |
US3717812A (en) | Real time analysis of waves | |
US4386321A (en) | Device for economizing data bandwidth | |
US20080150513A1 (en) | Actual-Ray and Image-Ray Distinction in Frequency Converters for Spectrum Analysers | |
KR100545837B1 (ko) | 인공위성의 발사소음 전송을 위한 데이터 압축장치 | |
SU794617A1 (ru) | Устройство дл определени частотныхХАРАКТЕРиСТиК МЕХАНичЕСКиХ КОлЕбА-ТЕльНыХ СиСТЕМ | |
JPH0862281A (ja) | 部分放電測定装置 | |
RU2107392C1 (ru) | Устройство для измерения затухания эхо-сигнала в канале связи | |
RU2097785C1 (ru) | Фазовый параметрический гидролокатор | |
SU1103162A1 (ru) | Способ измерени шума цифрового фильтра,осуществл ющего @ -точечное дискретное преобразование Фурье | |
RU2052805C1 (ru) | Способ измерения параметров жидких сред по затуханию ультразвука | |
SU1128122A1 (ru) | Устройство дл диагностики механизмов роторного действи | |
JPS5949549B2 (ja) | 信号強度測定方式 | |
SU853519A1 (ru) | Устройство дл измерени затухани ульТРАзВуКОВыХ ВОлН | |
SU492053A1 (ru) | Способ определени уровн шума отдельного источника | |
SU989342A1 (ru) | Устройство дл виброизмерений | |
RU1841358C (ru) | Устройство для контроля шумоизлучения корабля | |
Solomon | The use of DFT windows in signal-to-noise ratio and harmonic distortion computations |