RU2653584C1 - Способ фильтрации нестационарных сигналов - Google Patents
Способ фильтрации нестационарных сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653584C1 RU2653584C1 RU2017101557A RU2017101557A RU2653584C1 RU 2653584 C1 RU2653584 C1 RU 2653584C1 RU 2017101557 A RU2017101557 A RU 2017101557A RU 2017101557 A RU2017101557 A RU 2017101557A RU 2653584 C1 RU2653584 C1 RU 2653584C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- input
- output
- filter
- stationary
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000001914 filtration Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005654 stationary process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/17—Function evaluation by approximation methods, e.g. inter- or extrapolation, smoothing, least mean square method
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Algebra (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения динамических процессов. Способ фильтрации нестационарных сигналов, представляющих реализации исследуемых динамических процессов с последующим выделением полезного сигнала, осуществляют следующим образом. Сначала нестационарный сигнал подают на вход схемы интегрирования, при этом после интегрирования сигнал подают на вход управляющего устройства, которое на своем выходе формирует напряжение в виде прямоугольного импульса, при этом указанное напряжение управляет работой фильтра, на выходе которого формируют заданную реализацию как в полосе прозрачности фильтра, так и в заданных временных границах, при этом фильтрация исследуемого сигнала выполняется одновременно с операцией стробирования. Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность поиска и обнаружения полезного сигнала, сопровождаемого широкополосным стационарным процессом, и последующее определение характеристик полезного сигнала. 6 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при аппаратурном анализе динамических процессов.
Аналогом предлагаемого изобретения является способ обнаружения и обработки сложных сигналов [1], в котором применяется оператор обработки, позволяющий получить наибольшее отношение сигнал/шум на выходе схемы обработки при фиксированном отношении сигнал/шум на входе. При этом используют оператор интегрирования следующего вида:
где Z(t) - принятый сигнал в составе полезного сигнала и аддитивной помехи,
S(t) - передаваемый сигнал,
Т - длительность сигнала,
X(t) - неизвестный сигнал, который требуется обнаружить и определить.
Параметр EZX по физическому смыслу представляет собой взаимную энергию сигналов S(t) и X(t). После того как сигнал обнаружен, исходная реализация подвергается оптимальной линейной фильтрации, результатом которой является восстановление первоначальной формы полезного сигнала или определение его параметра.
Фильтры, выполняющие оптимальную линейную фильтрацию по критерию максимума отношения сигнал/шум, называются согласованными [2-4].
Практическая реализация способа обнаружения и фильтрации на основе материалов из указанных литературных источников затруднительна, так как литература содержит более всего сведения теоретического характера. Примеров практического осуществления способа и соответствующих устройств конкретной аппаратуры (в том числе серийного производства) также нет.
Аналогом-прототипом предлагаемого изобретения является «Способ фильтрации сигналов произвольной формы», описание которого изложено в патенте N2530211.
Данный способ выполняется посредством корреляционного приема сигналов, предварительно зарегистрированных на носитель, с последующим выделением составляющей полезного сигнала. При этом поиск полезного сигнала производится одновременно с запоминаниями мгновенных значений корреляционной функции и спектральной плотности. Это позволяет выявить отличия корреляционных и спектральных функций от признаков стационарного сигнала. При этом производится оценка амплитудно-частотного диапазона полезного сигнала. Указанная оценка используется при настройке фильтра, на вход которого поступает реализация исследуемого процесса.
Способ фильтрации в соответствии с прототипом не позволяет установить временные границы полезного сигнала. Это создает дополнительные погрешности в результате аппаратурной обработки исследуемых процессов, содержащих нестационарные составляющие (в частности, виброудара, сопровождающегося широкополосной случайной вибрацией).
Кроме того, осуществление способа в соответствии с прототипом требует применения корреляционного анализа как признака присутствия (или отсутствия) полезного сигнала. Это усложняет задачу обработки сложных динамических процессов.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе фильтрации электрических сигналов, представляющих реализации исследуемых динамических процессов, выделение полезного сигнала в смеси с широкополосным стационарным шумом осуществляется посредством однократного или двойного интегрирования реализации исследуемого процесса. В результате на выходе схемы интегрирования создается сигнал, который параметрически указывает на присутствие нестационарной составляющей в составе исследуемого процесса. Сигнал с выхода схемы интегрирования передается на вход устройства, которое на своем выходе создает напряжение в виде прямоугольного импульса, причем передний фронт данного импульса формируется с упреждением относительно сигнала на выходе схемы интегрирования. Указанное напряжение управляет работой фильтра, полоса прозрачности которого пропорциональна амплитуде импульса [5]. Длительность сигнала на выходе фильтра равна длительности импульса. Таким образом, фильтрация исследуемого сигнала выполняется одновременно с операцией стробирования и в конечном итоге на выходе фильтра формируется реализация как в полосе прозрачности фильтра, так и в заданных временных границах.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность выделения полезного сигнала (например, виброударного процесса), сопровождающегося широкополосным стационарным процессом, и последующего определения характеристик полезного сигнала.
На фиг. 1 показана блок-схема осуществления заявленного способа фильтрации.
Осциллограммы рабочих сигналов и результаты обработки исследуемых процессов показаны на фиг. 2-6. Приложения.
Блок-схема фиг. 1 содержит в своем составе следующие аппаратурные устройства:
- интегрирующие усилители 1 и 2;
- перестраиваемый по частоте фильтр 3;
- управляющее устройство 4;
- блок 5 реализации и обработки.
Вход интегрирующего усилителя 1 по существу представляет собой вход блок-схемы, а его выход соединен с входом интегрирующего усилителя 2. С выходом интегрирующего усилителя 1 соединен также вход фильтра 3 и один из входов блока 5 регистрации и обработки.
Выход интегрирующего усилителя 2 соединен с пусковым входом управляющего устройства 4, выход которого подключен к управляемому входу фильтра 3 и к входу синхронизации блока 5 регистрации и обработки. Выход фильтра 3 соединен со вторым входом блока 5 регистрации и обработки.
Рабочее взаимодействие элементов блок-схемы фиг. 1 при обработке сигналов виброизмерительной системы происходит следующим образом.
Сигнал a 1(t) в размерности виброускорения поступает на входы интегрирующего усилителя 1, фильтра 3 и на первый вход блока 5 регистрации и обработки. Сигнал на выходе интегрирующего усилителя 1 имеет размерность скорости V(t). Если усилитель 2 работает в режиме интегрирования, то его выходной сигнал имеет размерность вибрационного перемещения S(t). Кроме того, возможна работа усилителя 2 в режиме прямого усиления входного сигнала. При этом сигнал на выходе усилителя 2 будет иметь размерность скорости V(t). Указанный сигнал соответственно в размерности виброскорости или вибросмещения с выхода интегрирующего усилителя 2 передается на вход управляющего устройства 4, предварительно настраиваемого на уровень виброскорости V(t) или вибросмещения S(t).
На фиг. 2 и фиг. 3 работа блок-схемы фиг. 1 соответственно в режиме вибросмещения и виброскорости. При этом верхние осциллограммы на фиг. 2 и 3 изображают сигнал a 1(t) на входе фильтра 3; нижняя осциллограмма фиг. 2 представляет сигнал на выходе интегрирующего усилителя 2 в режиме вибросмещения S(t), а нижняя осциллограмма на фиг. 3 показывает сигнал на выходе усилителя 2 в режиме скорости V(t).
Рабочий режим управляющего устройства 4 представлен на фиг. 4. Здесь на верхней осциллограмме показан сигнал Uупр на выходе управляющего устройства 4, на нижней осциллограмме - сигнал виброскорости соответственно на входе устройства 4. Сигнал Uупр представляет собой прямоугольный импульс, амплитуда которого определяет полосу прозрачности фильтра 3, на управляемый вход которого и поступает сигнал Uупр. Предварительная регулировка амплитуды напряжения Uупр производится в соответствии с техническим описанием фильтра 3.
Кроме того, в управляющем устройстве 4 регулировке подлежат также передний фронт импульса Uупр относительно расположения импульса скорости или смещения. Указанные параметры обозначены на графиках фиг. 4 следующим образом:
- передний фронт импульса Uупр с упреждением - Δt;
- длительность Т импульса Uупр.
Облик сигналов a 1(t) и a 2(t) соответственно на входе и на выходе фильтра 3 показан на фиг. 5. Фильтр 3 работал в режиме фильтра низких частот с полосой прозрачности 100 Гц. Длительность реализации виброудара, выделенного из широкополосного случайного шума, составила 30 мс, длительность собственно виброудара 21,2 мс.
Используемый в предлагаемом изобретении в качестве регистратора 5 цифровой осциллограф обеспечивает одновременный прием двух исследуемых сигналов и по выбору одну из пяти математических операций (быстрое преобразование Фурье, умножение, вычитание, дифференцирование, интегрирование).
Один из режимов такой обработки показан на фиг. 6 Приложения. Здесь по 1 каналу произведена запись реализации сигнала a 2(t) виброускорения на входе фильтра 3, по 2 каналу запись сигнала S(t) вибросмещения на выходе интегрирующего усилителя 2. Третья осциллограмма (верхний график) представляет первую производную от вибросмещения, т.е. виброскорость.
В осуществленном варианте предлагаемого изобретения использованы следующие аппаратурные средства:
- в качестве усилителей 1 и 2 - интегрирующий усилитель 00028 (Robotron Messelektronik);
- в качестве фильтра 3 - узкополосный фильтр 01013 (Robotron Messelektronik);
- в качестве управляющего устройства 4 - программируемый блок анализатора Photon (LDS-Dactron);
- в качестве блока 5 регистрации и обработки - цифровой осциллограф DSO6012 (Agilent Technologies).
Литература
1. В.А. Игнатов «Теория информации и передачи сигналов» М., «Советское радио», 1979, стр. 148-153.
2. И.А. Липкин «Основы статистической радиотехники, теории информации и кодировки» М., «Советское радио, 1978, стр. 131-135.
3. И.С. Гоноровский «Радиотехнические цепи и сигналы», ч. II, М., «Советское радио», 1986, стр. 252.
4. В.В. Солодовников «Введение в статистическую динамику систем автоматического управления» М., Л., Гос. издательство технико-теоретической литературы, 1957, стр. 285-288.
5. Узкополосный фильтр 01013. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Изд. VEB Robotron Drezden, стр. 9-30.
Claims (1)
- Способ фильтрации нестационарных сигналов, представляющих реализации исследуемых динамических процессов с последующим выделением полезного сигнала, отличающийся тем, что нестационарный сигнал подают на вход схемы интегрирования, при этом после интегрирования сигнал подают на вход управляющего устройства, которое на своем выходе формирует напряжение в виде прямоугольного импульса, при этом указанное напряжение управляет работой фильтра, на выходе которого формируют заданную реализацию как в полосе прозрачности фильтра, так и в заданных временных границах, при этом фильтрация исследуемого сигнала выполняется одновременно с операцией стробирования.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017101557A RU2653584C1 (ru) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | Способ фильтрации нестационарных сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017101557A RU2653584C1 (ru) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | Способ фильтрации нестационарных сигналов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653584C1 true RU2653584C1 (ru) | 2018-05-11 |
Family
ID=62152727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017101557A RU2653584C1 (ru) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | Способ фильтрации нестационарных сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653584C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4905209A (en) * | 1988-05-27 | 1990-02-27 | Honeywell Inc. | Correlation match filter for passive signal detection |
| RU2053522C1 (ru) * | 1989-07-04 | 1996-01-27 | Научно-исследовательский институт "Стрела" | Обнаружитель движущихся целей для когерентных рлс |
| US6331998B1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-12-18 | Industrial Technology Research Institute | Partially matched filter for spread spectrum communication |
| RU2216854C2 (ru) * | 2001-12-27 | 2003-11-20 | Закрытое акционерное общество Информационно-аналитический центр научно-технических исследований "Континиум" | Способ и устройство передачи и приема информации по электросетям |
| RU2249833C2 (ru) * | 1992-01-16 | 2005-04-10 | Военно-морской институт радиоэлектроники (ВМИРЭ) | Способ обнаружения сигналов |
| RU2530211C1 (ru) * | 2013-04-11 | 2014-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" | Способ фильтрации сигналов произвольной формы |
-
2017
- 2017-01-18 RU RU2017101557A patent/RU2653584C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4905209A (en) * | 1988-05-27 | 1990-02-27 | Honeywell Inc. | Correlation match filter for passive signal detection |
| RU2053522C1 (ru) * | 1989-07-04 | 1996-01-27 | Научно-исследовательский институт "Стрела" | Обнаружитель движущихся целей для когерентных рлс |
| RU2249833C2 (ru) * | 1992-01-16 | 2005-04-10 | Военно-морской институт радиоэлектроники (ВМИРЭ) | Способ обнаружения сигналов |
| US6331998B1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-12-18 | Industrial Technology Research Institute | Partially matched filter for spread spectrum communication |
| RU2216854C2 (ru) * | 2001-12-27 | 2003-11-20 | Закрытое акционерное общество Информационно-аналитический центр научно-технических исследований "Континиум" | Способ и устройство передачи и приема информации по электросетям |
| RU2530211C1 (ru) * | 2013-04-11 | 2014-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" | Способ фильтрации сигналов произвольной формы |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Игнатов В.А. Теория информации и передачи сигналов. Учебник для ВУЗов, Изд-во Советское радио, 1979 (см. стр. 161, фиг. 3, глава 6.3). * |
| Игнатов В.А. Теория информации и передачи сигналов. Учебник для ВУЗов, Изд-во Советское радио, 1979 (см. стр. 161, фиг. 3, глава 6.3). Макаров А.А., Чиненков Л.А. Основы теории помехоустойчивости дискретных сигналов, СибГАТИ, 1997 (стр. 16-19). * |
| Макаров А.А., Чиненков Л.А. Основы теории помехоустойчивости дискретных сигналов, СибГАТИ, 1997 (стр. 16-19). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3229198A (en) | Eddy current nondestructive testing device for measuring multiple parameter variables of a metal sample | |
| CN109073713B (zh) | 用于使用频率响应来测量测试电池的内部阻抗的设备、系统和方法 | |
| WO2018059232A1 (zh) | 锁相放大器测试结构和方法 | |
| WO2016042675A1 (ja) | 部分放電計測装置、部分放電計測方法、及びプログラム | |
| CN111638474B (zh) | 车辆电磁曝露测量方法、装置和计算机设备 | |
| RU2653584C1 (ru) | Способ фильтрации нестационарных сигналов | |
| RU2536795C1 (ru) | Способ диагностики высоковольтного оборудования по параметрам частичных разрядов | |
| US20200309826A1 (en) | Method and apparatus for processing a measurement signal | |
| CN104062004A (zh) | 一种极弱光信号探测装置及方法 | |
| CN109164275B (zh) | 一种伺服加速度计动态性能检测系统和方法 | |
| RU2672527C1 (ru) | Способ измерения напряженности электростатического поля | |
| RU2331893C1 (ru) | Способ выделения дискретных составляющих в спектре сигнала и устройство для его осуществления | |
| Hsu et al. | Measured amplitude distribution of automotive ignition noise | |
| RU77968U1 (ru) | Система воспроизведения комплексного нестационарного вибрационного воздействия | |
| CN203908675U (zh) | 一种极弱光信号探测装置 | |
| RU2466416C1 (ru) | Способ измерения отношения сигнал-помеха | |
| US3290592A (en) | Method for measuring and utilizing the cumulative probability distribution of a predetermined signal portion of noise | |
| Parvis et al. | A precompliance EMC test-set based on a sampling oscilloscope | |
| RU2530211C1 (ru) | Способ фильтрации сигналов произвольной формы | |
| Saulig et al. | Nonstationary signals information content estimation based on the local Rényi entropy in the time-frequency domain | |
| US11489599B1 (en) | Wideband frequency response characterization with a narrowband source or receiver | |
| RU2394216C1 (ru) | Способ выделения полезного сигнала реализуемого процесса | |
| FI130776B1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR DEFECT DETECTION | |
| RU2547504C1 (ru) | Способ выявления наличия дефектов узлов и агрегатов автомобиля в реальном времени и устройство для его осуществления | |
| RU2733111C1 (ru) | Способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов |