RU2733111C1 - Method for frequency-time correlation analysis of digital signals - Google Patents
Method for frequency-time correlation analysis of digital signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733111C1 RU2733111C1 RU2020112257A RU2020112257A RU2733111C1 RU 2733111 C1 RU2733111 C1 RU 2733111C1 RU 2020112257 A RU2020112257 A RU 2020112257A RU 2020112257 A RU2020112257 A RU 2020112257A RU 2733111 C1 RU2733111 C1 RU 2733111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- fourier transform
- complex
- signal
- direct
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов и может быть использовано для анализа сигналов различного происхождения при решении задач неразрушающего контроля и диагностики оборудования на основе корреляционного анализа.The invention relates to the field of digital signal processing and can be used to analyze signals of various origins when solving problems of non-destructive testing and diagnostics of equipment based on correlation analysis.
Известен способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов [RU 2405163 С1, МПК G01R 23/16 (2006.01), опубл. 27.11.2010], который заключается в прямом преобразовании Фурье двух сигналов в форме быстрого преобразования Фурье размерностью
где
согласно выражению according to the expression
Полученные сигналы
где
Далее по полученным результатам строят график частотно-временной корреляционной функции
Недостатком такого решения является то, что под влиянием интенсивных помех график частотно-временной корреляционной функции может не иметь выраженных признаков наличия корреляции гармонических составляющих сигналов.The disadvantage of this solution is that, under the influence of intense interference, the graph of the time-frequency correlation function may not have pronounced signs of the presence of correlation of the harmonic components of the signals.
Техническим результатом предложенного изобретения является снижение влияния помех на результирующие значения частотно-временной корреляционной функции.The technical result of the proposed invention is to reduce the influence of interference on the resulting values of the time-frequency correlation function.
Предложенный способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов, также как в прототипе, включает прямое преобразование Фурье в форме быстрого преобразования Фурье двух входных сигналов размерностью
где
Полученные сигналы
где
По полученным результатам строят график частотно-временной корреляционной функции
Согласно изобретению формируют из полученного произведения
где
где
Заявленный способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов имеет существенное преимущество, так как позволяет снизить влияние помех на полученные результаты за счет умножения полученного произведения
На фиг. 1 представлена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ частотно-временного корреляционного анализа зашумленных сигналов.FIG. 1 shows a hardware diagram of a device that implements the considered method of time-frequency correlation analysis of noisy signals.
На фиг. 2 приведен график частотно-временной корреляционной функции, полученной предложенным способом.FIG. 2 shows a graph of the time-frequency correlation function obtained by the proposed method.
На фиг. 3 приведен график частотно-временной корреляционной функции, полученной без привлечения информации о функции когерентности по способу-прототипу.FIG. 3 shows a graph of the time-frequency correlation function obtained without using information about the coherence function according to the prototype method.
Способ частотно-временного корреляционного анализа зашумленных сигналов может быть осуществлен с помощью схемы (фиг. 1), содержащей первый датчик для получения анализируемого сигнала 1 (ДАС1), подключенный к первому блоку аналого-цифрового преобразования 2 (АЦП1), выход которого соединен с входом первого блока прямого преобразования Фурье 3 (БФ1). Ко второму датчику анализируемого сигнала 4 (ДАС2) последовательно подключены второй блок аналого-цифрового преобразования 5 (АЦП2), второй блок прямого преобразования Фурье 6 (БФ2) и блок определения комплексно-сопряженного значения 7 (БОК). Выходы первого блока прямого преобразования Фурье 3 (БФ1) и блока определения комплексно-сопряженного значения 7 (БОК) соединены с входом блока вычисления функции когерентности 8 (БК) и входом первого блока умножения 9 (БУ1). Выход блока вычисления функции когерентности 8 (БК) соединен с входом второго блока умножения 10 (БУ2). Выход первого блока умножения 9 (БУ1) соединен с входом второго блока умножения 10 (БУ2), к которому последовательно подключены блок формирования сигналов 11 (БФС), блок обратного преобразования Фурье 12 (БОФ) и блок интерпретации 13 (БИ). The method of time-frequency correlation analysis of noisy signals can be carried out using a circuit (Fig. 1) containing a first sensor for obtaining the analyzed signal 1 (DAS1), connected to the first analog-to-digital conversion unit 2 (ADC1), the output of which is connected to the input the first block of the direct Fourier transform 3 (BF1). A second analog-to-digital conversion unit 5 (ADC2), a second direct Fourier transform unit 6 (BF2) and a complex conjugate value determination unit 7 (BOC) are connected in series to the second sensor of the analyzed signal 4 (DAS2). The outputs of the first block of direct Fourier transform 3 (BF1) and the block for determining the complex-conjugate value 7 (BOC) are connected to the input of the unit for calculating the coherence function 8 (BC) and the input of the first multiplication block 9 (BU1). The output of the unit for calculating the coherence function 8 (BC) is connected to the input of the second multiplication unit 10 (BU2). The output of the first multiplication unit 9 (BU1) is connected to the input of the second multiplication unit 10 (BU2), to which the signal generating unit 11 (BFS), the inverse Fourier transform unit 12 (BOF) and the interpretation unit 13 (BI) are connected in series.
В качестве датчиков анализируемого сигнала 1 (ДАС1) и 4 (ДАС2) могут быть использованы датчики тока, например, промышленные приборы КЭИ-0.1 или датчики напряжения – трансформаторы напряжения (220/5В). Блоки аналого-цифрового преобразования 2 (АЦП1) и 5 (АЦП2) могут быть реализованы на основе аналого-цифровых преобразователей ADS7827. Блоки прямого преобразования Фурье 3 (БФ1) и 6 (БФ2), блок определения комплексно-сопряженного значения 7 (БОК), блок вычисления функции когерентности 8 (БК), блоки умножения 9 (БУ1) и 10 (БУ2), блок формирования сигналов 11 (БФС), блок обратного преобразования Фурье 12 (БОФ), блок интерпретации 13 (БИ) могут быть выполнены на микроконтроллере серии AVR32 производителя Аtmel AT32AP7000.Current sensors, for example, industrial devices KEI-0.1 or voltage sensors - voltage transformers (220 / 5V), can be used as sensors of the analyzed signal 1 (DAS1) and 4 (DAS2). Analog-to-digital conversion units 2 (ADC1) and 5 (ADC2) can be implemented on the basis of ADS7827 analog-to-digital converters. Blocks of direct Fourier transform 3 (BF1) and 6 (BF2), block for determining the complex-conjugate value 7 (BOC), block for calculating the coherence function 8 (BC), multiplication blocks 9 (BU1) and 10 (BU2), signal generating unit 11 (BFS), block of inverse Fourier transform 12 (BOF), block of interpretation 13 (BI) can be performed on a microcontroller of the AVR32 series manufactured by Atmel AT32AP7000.
Датчики сигналов 1 (ДАС1) и 4 (ДАС2) были установлены по обе стороны от сквозного отверстия в трубопроводе, по которому под давлением подавалась вода. Расстояние между датчиками сигналов 1 (ДАС1) и 4 (ДАС2) составляло 55 метров; расстояние от источника сигналов (сквозного отверстия) до датчика 1 (ДАС1) составляло 3 метра.Signal sensors 1 (DAS1) and 4 (DAS2) were installed on both sides of a through hole in the pipeline through which water was supplied under pressure. The distance between signal sensors 1 (DAS1) and 4 (DAS2) was 55 meters; the distance from the signal source (through hole) to sensor 1 (DAS1) was 3 meters.
С выходов датчиков 1 (ДАС1) и 4 (ДАС2) анализируемые сигналы
где
поступали на входы блоков прямого преобразования Фурье 3 (БФ1) и 6 (БФ2), где выполнялось прямое преобразование Фурье входных сигналов. С выхода второго блока прямого преобразования Фурье 6 (БФ2) результаты прямого преобразования Фурье в виде комплексного сигнала размерностью
Полученная частотно-временная корреляционная функция (фиг. 2) имеет пять выраженных пиков, отчётливо различимых на графике. Четыре пика локализованы в области нулевых значений времени запаздывания и обусловлены наличием нежелательных сигналов в измерительных каналах. Пятый пик, обусловленный полезным сигналом, соответствует значению времени запаздывания 0,034 с и локализован в частотной полосе от 19,1 до 20,5 кГц. The resulting time-frequency correlation function (Fig. 2) has five distinct peaks, clearly distinguishable on the graph. Four peaks are localized in the region of zero values of the delay time and are caused by the presence of unwanted signals in the measuring channels. The fifth peak, caused by the useful signal, corresponds to a delay time of 0.034 s and is located in the frequency band from 19.1 to 20.5 kHz.
Частотно-временная корреляционная функция, полученная известным способом-прототипом (фиг. 3) имеет несколько выраженных пиков в области нулевых значений времени запаздывания, локализованных в частотной полосе от 14 до 22 кГц. Менее выраженные и имеющие сопоставимую величину пики рассредоточены в широкой полосе частот и диапазоне изменения времени запаздывания. Визуальная идентификация пика, обусловленного полезным сигналом, затруднительна.The time-frequency correlation function obtained by the known prototype method (Fig. 3) has several pronounced peaks in the region of zero values of the delay time, localized in the frequency band from 14 to 22 kHz. Less pronounced and comparable in magnitude peaks are dispersed over a wide frequency band and a range of delay time variation. Visual identification of the peak due to the wanted signal is difficult.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112257A RU2733111C1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Method for frequency-time correlation analysis of digital signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112257A RU2733111C1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Method for frequency-time correlation analysis of digital signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2733111C1 true RU2733111C1 (en) | 2020-09-29 |
Family
ID=72926884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020112257A RU2733111C1 (en) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Method for frequency-time correlation analysis of digital signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2733111C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2418478A1 (en) * | 2000-08-15 | 2002-02-21 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for reducing contamination of an electrical signal |
RU2405163C1 (en) * | 2009-05-18 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Method for time-frequency correlation analysis of digital signals |
-
2020
- 2020-03-26 RU RU2020112257A patent/RU2733111C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2418478A1 (en) * | 2000-08-15 | 2002-02-21 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for reducing contamination of an electrical signal |
RU2405163C1 (en) * | 2009-05-18 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Method for time-frequency correlation analysis of digital signals |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
"Обзор методов повышения отношения сигнал/шум при решении задач обнаружения сигналов неизвестной формы", 2014. С. 261, 262. * |
"Обзор методов повышения отношения сигнал/шум при решении задач обнаружения сигналов неизвестной формы", 2014. С. 261, 262. "Применение когерентного анализа для повышение информативности частотно-временной корреляционной функции", 2014. С. 98, 99. "Частотно-временной корреляционный анализ цифровых сигналов" 2009. Т. 315. 5, с.112-115. * |
Применение когерентного анализа для повышение информативности частотно-временной корреляционной функции", 2014. С. 98, 99. * |
Частотно-временной корреляционный анализ цифровых сигналов" 2009. Т. 315. 5, с.112-115. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Synchroextracting transform: The theory analysis and comparisons with the synchrosqueezing transform | |
Guo et al. | An improved EMD method based on the multi-objective optimization and its application to fault feature extraction of rolling bearing | |
Chen et al. | Fault diagnosis of planetary gearbox under variable-speed conditions using an improved adaptive chirp mode decomposition | |
US7427867B2 (en) | Method and system for non-destructive evaluation of conducting structures | |
CN101674520B (en) | Method and device for analyzing and testing parameter of vibration type pickup | |
Chen et al. | An ameliorated synchroextracting transform based on upgraded local instantaneous frequency approximation | |
CN117434426B (en) | Test method, system and device of switched capacitor filter | |
RU2733111C1 (en) | Method for frequency-time correlation analysis of digital signals | |
CN104215833A (en) | Power system frequency measuring method and device | |
CN106197523A (en) | Testing of Feeble Signals based on first-order linear system and recovery | |
Guo et al. | Order-crossing removal in Gabor order tracking by independent component analysis | |
RU2405163C1 (en) | Method for time-frequency correlation analysis of digital signals | |
Faisal et al. | Suppression of false-terms in wigner-ville distribution using time and frequency windowing | |
RU2331893C1 (en) | Method of discrete component separation in signal spectre and device for its implementation | |
CN114777985A (en) | Iron tower bolt complete loosening rapid detection method based on vibration characteristics | |
CN108957550B (en) | TSP strong industrial electric interference suppression method based on SVD-ICA | |
RU2551400C1 (en) | Method of harmonic analysis of periodic multifrequency signal against the noise background | |
Othman et al. | Cwt algorithm for forward-scatter radar micro-doppler signals analysis | |
Hejtmanek et al. | Comparison of two denoising techniques to improve UHF partial discharge localization | |
CN110764079A (en) | Human motion state analysis method and system under low signal-to-noise ratio condition | |
RU2498324C1 (en) | Method of detecting harmonic components and frequencies thereof in discrete signals | |
Mujezinović | ROCOF Estimation via EMD, MEMD and NA-MEMD | |
Yang et al. | A New Time-frequency Combined Method Based on Improved Complete Ensemble EMD and Affine Smooth Pseudo Wigner-Ville Distribution | |
CN108507669B (en) | Intermittent burst environment noise reduction method and device for sound level measurement of power equipment | |
Gourishetti et al. | Partial discharge monitoring using deep neural networks with acoustic emission |