RU2399923C1 - Способ измерения отношения сигнал/шум - Google Patents

Способ измерения отношения сигнал/шум Download PDF

Info

Publication number
RU2399923C1
RU2399923C1 RU2009107432/28A RU2009107432A RU2399923C1 RU 2399923 C1 RU2399923 C1 RU 2399923C1 RU 2009107432/28 A RU2009107432/28 A RU 2009107432/28A RU 2009107432 A RU2009107432 A RU 2009107432A RU 2399923 C1 RU2399923 C1 RU 2399923C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
time interval
signal
input signal
duration
periods
Prior art date
Application number
RU2009107432/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Валерьевич Леглер (RU)
Виктор Валерьевич Леглер
Виктор Георгиевич Патюков (RU)
Виктор Георгиевич Патюков
Евгений Викторович Патюков (RU)
Евгений Викторович Патюков
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ)
Priority to RU2009107432/28A priority Critical patent/RU2399923C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2399923C1 publication Critical patent/RU2399923C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, радионавигации и системах связи для измерения отношения сигнала/шум, повышения точности и достоверности получаемой информации и контроля качества канала связи. Сущность изобретения: внутри суммарного интервала времени измерения формируют группу следующих друг за другом временных интервалов, содержащих целое число периодов входного сигнала, причем длительность внутреннего временного интервала Т определяют из условия
Figure 00000035
, где τk - интервал корреляции; Δf - эффективная ширина спектра аддитивной смеси периодического сигнала с узкополосным шумом. В каждом из сформированных интервалов производят отсчеты числа периодов сигнала эталонной частоты. Определяют среднее значение периода входного сигнала за суммарный интервал времени измерения. Затем вычисляют обратное значение относительного среднеквадратического отклонения длительности внутреннего временного интервала Т, а значения отношения сигнал/шум определяют по формуле
Figure 00000036
. Технический результат - повышение точности измерения отношения сигнал/шум. 3 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, радионавигации и системах связи для измерения отношения сигнала/шум, повышения точности и достоверности получаемой информации и контроля качества канала связи.
Известен способ измерения, связывающий величину отношения сигнал/шум, основанный на оценке фазовых флуктуаций. Используется зависимость, полученная на основе исследования статистических характеристик фазы аддитивной смеси полезного сигнала и узкополосного шума [Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 2004, с.249-259]. Статистические характеристики фазы зависят от отношения сигнал/шум и определяют мощность фазовых флуктуаций. Такая зависимость описана в литературе [Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. - М.: Радио и связь, 2004, с.249-259]. Способ основан на оценке фазы аддитивной смеси сигнала и узкополосного шума, что влечет за собой дополнительные преобразования при обработке смеси и появление погрешностей, вызванных необходимостью использования дополнительных преобразований, уменьшающих точность предоставления информации измерения отношения сигнал/шум.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ измерения отношения сигнал/шум в смеси периодического сигнала с шумом (а.с. СССР № 1474564, МКИ G01R 29/26, опубл. 23.04.89), основанный на определении обратного значения относительного среднего квадратического отклонения ряда отчетов периода входного сигнала. Повышение быстродействия достигается за счет частичного перекрытия по времени внутренних интервалов измерения периода, входящих в суммарный интервал времени измерения. При этом внутри суммарного интервала формируют две группы равномерно нарастающих по длительности временных интервалов, имеющих общее начало, совпадающее с началом суммарного интервала измерения. В каждом из сформированных интервалов производят отсчеты числа периодов входного сигнала и числа периодов сигнала эталонной частоты и запоминают их. Измеряют среднее значение периода входного сигнала в суммарном интервале измерения, формируют отсчеты относительного отклонения периода входного сигнала от среднего значения и определяют отношение сигнал/шум h по формулам
Figure 00000001
Figure 00000002
Δi=qi-Pi;
Figure 00000003
qi=[Pi+0,5];
Figure 00000004
Figure 00000005
где σΔ - относительное среднеквадратическое отклонение периода входного сигнала;
T0 - длительность периода сигнала эталонной частоты;
Tx - среднее значение периода входного сигнала, измеренное за суммарный интервал времени измерения;
N1i и N2i - отсчеты числа периодов сигнала эталонной частоты в i-м временном интервале в первой и второй группах соответственно;
n1i и n2i - отсчеты числа периодов входного сигнала в i-м временном интервале, лежащем между окончаниями временных интервалов, имеющих одинаковый порядковый номер в первой и второй группах соответственно;
Δi - отсчеты относительного отклонения периода входного сигнала от среднего значения в i-м временном интервале;
k - число отсчетов в каждой группе.
Недостатками способа являются громоздкие действия по измерению частотно-временных параметров аддитивной смеси сигнала и узкополосного шума и недостаточно точное предоставление информации об измеряемых параметрах смеси.
В основу изобретения положена задача повышения точности измерения отношения сигнал/шум и исключения дополнительного преобразования при обработке смеси и погрешности, вызванные этими преобразованиями.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе измерения отношения сигнал/шум в аддитивной смеси периодического сигнала с узкополосным шумом, основанном на определении обратного значения среднеквадратического отклонения ряда отсчетов периода входного сигнала, при котором разбивают суммарный интервал времени измерения на отдельные внутренние временные интервалы, содержащие целое число периодов входного сигнала, производят отсчеты числа периодов входного сигнала и числа периодов сигнала эталонной частоты, укладывающихся в пределах каждого внутреннего временного интервала, определяют среднее значение периода входного сигнала за суммарный интервал времени измерения, отличающийся тем, что формируют внутри суммарного интервала времени измерения группу следующих друг за другом внутренних временных интервалов, длительность которых определяют из условия
Figure 00000006
где τk - интервал корреляции; Δf - эффективная ширина спектра аддитивной смеси периодического сигнала с узкополосным шумом, вычисляют обратное значение относительного среднеквадратического отклонения длительности внутреннего временного интервала T, а значения отношения сигнал/шум определяют по формулам
Figure 00000007
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
где Tcpn - среднее значение длительности временного интервала, содержащего целое число периодов входного сигнала, укладывающихся в пределах каждого i-го внутреннего временного интервала;
Tcp - среднее значение периода входного сигнала, измеренное за суммарный интервал времени измерения;
Ti - длительность каждого i-го внутреннего временного интервала Т;
σT - значение относительного среднеквадратического отклонения длительности внутреннего временного интервала Т;
K - количество измерений за измерительный цикл;
n - целое число периодов входного сигнала за внутренний интервал времени измерения.
Для пояснения работы варианта реализации изобретения рассмотрим влияние шумов на погрешности измерения периода гармонического сигнала [Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. - М.: Советское радио, 1967, 255 с.]. Под действием шума моменты прохождения напряжения входного сигнала через нулевой уровень формирователя в измерителе внутреннего временного интервала будут флуктуировать. Шумовые флуктуации приведут к изменению длительности каждого внутреннего временного интервала Т и, соответственно, к изменению числа отсчетов периодов сигнала эталонной частоты Ni, включающего в себя n периодов исследуемой смеси. Среднеквадратическая погрешность измерения внутреннего временного интервала определяется как [Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. - М.: Советское радио, 1967, 255 с.]
Figure 00000011
где
Figure 00000012
- среднеквадратическая погрешность разности фаз начала φ0 и конца φT внутреннего временного интервала.
В свою очередь, среднеквадратическая погрешность разности фаз может быть определена по общим правилам для суммы (разности) случайных величин:
Figure 00000013
где М - знак математического ожидания произведения φT и φ0.
После преобразований, учитывая стационарность сигнала, выражение (2) может быть приведено к виду
Figure 00000014
где Kφ(Т) - коэффициент корреляционной связи фазовых флуктуаций обрабатываемой смеси,
σφ - среднеквадратическое значение фазовых флуктуаций аддитивной смеси.
Если длительность Т каждого внутреннего интервала больше интервала корреляции τк, то есть T>>τк, то
Figure 00000015
, где Δf - эффективная ширина спектра смеси в частотном спектре, тогда выражение (3) можно представить в виде
Figure 00000016
а учитывая условие превышения сигнала над шумом, получим [Тузов Г.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. - М.: Советское радио, 1967, 255 с.]
Figure 00000017
где
Figure 00000018
отношение сигнал/шум.
Таким образом, используя формулы (1), (4) и (5), получим выражение
Figure 00000019
Для удобства реализации возведем выражение (6) в квадрат и получим рабочую формулу оценки отношения сигнал/шум по отношению к мощности сигнала и дисперсии (мощности) шума:
Figure 00000020
где
Figure 00000021
- квадрат среднего значения периода входного сигнала;
Figure 00000022
- дисперсия внутреннего временного интервала Т.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующая способ измерения отношения сигнал/шум; на фиг.2 - блок вычисления дисперсии периода входного сигнала и квадрата среднего значения периода входного сигнала; на фиг.3 - блок вычисления отношения сигнал/шум.
На фиг.1 показано устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее последовательно соединенные измеритель внутреннего временного интервала 1, блок вычисления дисперсии внутреннего временного интервала и квадрата среднего значения периода входного сигнала 2, блок вычисления отношения сигнал/шум 3 и индикатор 4.
На фиг.2 показан блок вычисления дисперсии внутреннего временного интервала и квадрата среднего значения периода входного сигнала 2, содержащий устройство определения дисперсии 5, первый выход которого подключен к первому входу блока вычисления отношения сигнал/шум 3, а второй выход к умножителю 6, соединенному последовательно с квадратором 7. Второй вход умножителя 6 (на фиг.2 этот вход обозначен 1/n со стрелкой) соединен с блоком памяти (не показан).
На фиг.3 показан блок вычисления отношения сигнал/шум 3, состоящий из последовательно соединенных делителя 8 и умножителя на константу 9. Второй вход умножителя на константу 9 (на фиг.3 этот вход обозначен 1/2π2 со стрелкой) подключен к блоку памяти (не показан).
Принцип работы устройства, реализующий предлагаемый способ, заключается в следующем.
Измеритель внутреннего временного интервала 1 производит формирование внутри суммарного интервала измерения группы следующих друг за другом внутренних временных интервалов, содержащих целое число периодов входного сигнала, причем длительность внутреннего временного интервала определяется из условия T>>τk, где
Figure 00000023
- интервал корреляции; Δf - эффективная ширина спектра смеси в частотном спектре, производит отсчеты числа периодов сигнала эталонной частоты Ni, укладывающихся в пределах i-го временного интервала, и вычисляет длительность каждого i-го внутреннего временного интервала Ti=NiTo, где To - длительность периода сигнала эталонной частоты.
Отсчеты числа периодов сигнала эталонной частоты Ti, получаемые на выходе измерителя внутреннего временного интервала 1, поступают на вход устройства определения дисперсии 5 блока вычисления дисперсии внутреннего временного интервала и квадрата среднего значения периода входного сигнала 2. Устройство определения дисперсии 5 производит вычисление дисперсии внутреннего временного интервала по формулам
Figure 00000024
Figure 00000025
Значение Tcp поступает на вход умножителя 6, где происходит вычисление среднего значения периода входного сигнала Tcp по формуле
Figure 00000026
С выхода квадратора 7 значение
Figure 00000027
проступает на второй вход блока вычисления отношения сигнал/шум, на первый вход которого поступает значение
Figure 00000028
с первого выхода блока определения дисперсии. Согласно выражению (7) в блоке вычисления отношения сигнал/шум 3 производят вычисление величины q2. Полученное значение q2 поступает на индикатор 4.
Измеритель внутреннего временного интервала 1 выполнен на базе частотомера [В.И.Винокуров, С.И.Каплин, И.Г.Петелин. - М.: "Высш. шк. ", Электрорадиоизмерения. 1986, с.148-160.], работающего в режиме измерения среднего значения измеряемого периода обрабатываемой смеси за n измеряемых периодов, без последующего деления на n.
Устройство определения дисперсии 5 выполнено по схеме, приведенной в [авторское свидетельство СССР № 1275469, G06F 15/36, 1986].
Схемы делителя 8 и умножителя на константу 9 приведены в [Постников А.И. Теория автоматов и машинная арифметика. - Спб.: Питер, 2006. - 376 с.], а индикатор 4 реализуется как [Справочник по интегральным микросхемам / Под ред. Б.В.Тарабрина. - М.: Советское радио, 1981, с.58-62].
Точность предоставления информации устройством, работающим по заявляемому способу, зависит от работы измерителя внутреннего временного интервала. В свою очередь, погрешность измерителя внутреннего временного интервала 1 может быть определена выражением [Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры. - Л.: Энергия, 1973, 152 с.]
Figure 00000029
где f0 - образцовая частота тактового генератора;
Tx - среднее значение периода входного сигнала за внутренний интервал времени измерения.

Claims (1)

  1. Способ измерения отношения сигнал/шум в аддитивной смеси периодического сигнала с узкополосным шумом, основанный на определении обратного значения среднеквадратического отклонения ряда отсчетов периода входного сигнала, при котором разбивают суммарный интервал времени измерения на отдельные внутренние временные интервалы, содержащие целое число периодов входного сигнала, производят отсчеты числа периодов входного сигнала и числа периодов сигнала эталонной частоты, укладывающихся в пределах каждого внутреннего временного интервала, определяют среднее значение периода входного сигнала за суммарный интервал времени измерения, отличающийся тем, что формируют внутри суммарного интервала времени измерения группу следующих друг за другом внутренних временных интервалов, длительность которых определяют из условия
    Figure 00000030
    где τk - интервал корреляции; Δf - эффективная ширина спектра аддитивной смеси периодического сигнала с узкополосным шумом, вычисляют обратное значение относительного среднеквадратического отклонения длительности внутреннего временного интервала Т, а значения отношения сигнал/шум определяют по формулам
    Figure 00000031

    Figure 00000032

    Figure 00000033

    Figure 00000034

    где q - отношение сигнал/шум;
    Tcpn - среднее значение длительности временного интервала, содержащего целое число периодов входного сигнала, укладывающихся в пределах каждого i-го внутреннего временного интервала;
    Tcp - среднее значение периода входного сигнала, измеренное за суммарный интервал времени измерения;
    Ti - длительность каждого i-го внутреннего временного интервала Т;
    σT - значение относительного среднеквадратического отклонения длительности внутреннего временного интервала Т;
    K - количество измерений за измерительный цикл;
    n - целое число периодов входного сигнала за внутренний интервал времени измерения.
RU2009107432/28A 2009-03-02 2009-03-02 Способ измерения отношения сигнал/шум RU2399923C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009107432/28A RU2399923C1 (ru) 2009-03-02 2009-03-02 Способ измерения отношения сигнал/шум

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009107432/28A RU2399923C1 (ru) 2009-03-02 2009-03-02 Способ измерения отношения сигнал/шум

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2399923C1 true RU2399923C1 (ru) 2010-09-20

Family

ID=42939316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009107432/28A RU2399923C1 (ru) 2009-03-02 2009-03-02 Способ измерения отношения сигнал/шум

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2399923C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799110C1 (ru) * 2023-04-17 2023-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ измерения отношения сигнал/шум сигналов с угловой манипуляцией

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2799110C1 (ru) * 2023-04-17 2023-07-04 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ измерения отношения сигнал/шум сигналов с угловой манипуляцией

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Improved processing of harmonics and interharmonics by time-domain averaging
CN110530509B (zh) 基于最大熵谱分析的高速动车组轴箱振动主频预测方法
CN108519511A (zh) 一种线性调频信号频率特征参数的时域测量方法
CN103575984A (zh) 基于凯塞窗双谱线插值fft的谐波分析方法
Grillo et al. An efficient extension of the zero-crossing technique to measure frequency of noisy signals
Minda et al. A review of interpolation methods used for frequency estimation
CN103705236A (zh) 生物电阻抗谱多频率同步快速测量方法
CN110133564A (zh) 一种电流传感器相位特性的同步测试方法及装置
Yang et al. A novel algorithm for accurate frequency measurement using transformed consecutive points of DFT
CN102928713A (zh) 一种磁场天线的本底噪声测量方法
RU2399923C1 (ru) Способ измерения отношения сигнал/шум
CN102072987B (zh) 短区间正弦信号的相位估计法及其实验装置
CN108710029A (zh) 一种信号谐波分量初相位的精确估计方法
EP4119954A1 (en) Measurement system
RU2643708C2 (ru) Устройство оценки частоты гармонического зашумлённого сигнала
CN204925379U (zh) 一种数字化电能表脉冲信号的综合测试系统
RU2363005C1 (ru) Способ спектрального анализа полигармонических сигналов и устройство для его реализации
Zhang et al. Development of arbitrary waveform torsional vibration signal generator
US9759751B1 (en) Line cycle correlated spectral analysis for power measurement systems
CN104950168A (zh) 一种基于二次平均的低信噪比正弦信号高精度频率测量方法
Oliwa et al. Fast and accurate frequency meter using the interpolated DFT method
CN104914305B (zh) 一种基于最小二乘法的高精度频率估计方法
RU2439592C1 (ru) Чм-дальномер непрерывного слежения с дробно-дифференцирующим фильтром
RU2773481C1 (ru) Способ определения временной задержки между копиями недетерминированного псевдослучайного сигнала
RU2419809C1 (ru) Способ измерения междупериодного коэффициента корреляции пассивных помех

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150303