Способ идентификации энергетического спектра сигнала

 

Изобретение относится к средствам передачи информации и может применяться для получения дополнительной информации, содержащейся в сигнале, например о его энергетическом спектре. Целью изобретения является повышение точности идентификации и расширение функциональных возможностей за счет определения распределения мощности по частотам спектра.Способ идентификации энергетического спектра сигнала, включающий квадрирование сигнала и его производной, интегрирование квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, формирование среднеквадратической частоты путем деления значения интеграла квадрата производной сигнала на значение интеграла квадрата сигнала, выделение переменной составляющей квадрата производной сигнала и квадрата сигнала, детектирование и интегрирование переменных составляющих за интервал корреляции, деление результатов интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей производной сигнала на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала и формирование средневзвешенного корреляционного произведения частот, которое делится на среднеквадратическую частоту и сравнение результата с заданным значением.1 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1483467 (51)4 G 06 G 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4255662/24-24 (22) 02.06.87 (46) 30,05,89. Бюл. № 20 (75) Н.П.Бурдукова и П,М.Бурдуков (53) 681.3(088.8) (56) Березин Л.В. и др. Теория и проектирование радиосистем. M. Сов.Радио, 1977; с. 55.

Авторское свидетельство СССР

¹ 454566, кл. G 06 G 7/52, 1973. (54) СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА СИГНАЛА (57) Изобретение относится к средствам передачи информации и может применяться для получения дополнительной информации, содержащейся в сигнале, например о его энергетическом спектре. Целью изобретения является повышение точности идентификации и расширение функциональных воэможностей за счет определения распределения мощности по частотам спектра.

Изобретение относится к средствам передачи информации и может применяться для получения дополнительной информации, содержащейся в сигнале,например о его энергетическом спектре.

Целью изобретения является повышение точности идентификации и расширение функциональных возможностей за счет определения распределения мощности по частотам спектра.

Способ идентификации энергетического спектра сигнала, включающий квадрирование сигнала и его производной, I

Способ идентификации энергетического спектра сигнала, включающий квадрирование сигнала и его производной, интегрирование квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, формирование среднеквадратической частоты путем деления значения интеграла квадрата производной сигнала на значение интеграла квадрата сигнала, выделе,ние переменной составляющей квадрата производной сигнала и квадрата сигнала, детектирование и интегрирование переменных составляющих за интервал корреляции, деление результатов интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей производной с е сигнала на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала и формирование средневзвешенного корреля- С ционного произведения частот, которое делится на среднеквадратическую частоту, и сравнение результата с заданным значением. 1 ил. 4ь интегрирование квадрата сигнала и (, В квадрата производной сигнала, форми- 3рование среднеквадратической частоты путем деления значения интеграла квадрата производной сигнала на значение интеграла квадрата сигнала, выделение переменной составляющей квадрата Ь производной сигнала и квадрата сигнала, детектирование и интегрирование переменных составляющих за время интервала корреляции, деление результата интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей проf(t) (а.соз cd t + b sinйИ). . (1)

Производная сигнала Е (й) будет рав- >$ .I

1 на

f (t) = (cd.b;cos уХ -ы.а;since;t). (2) т

Можно показать, что. после квадри- 2р рования сигнала и его производной инг тегрирование квадрата сигнала f (t) и его производной (Е (t)) за время корреляции получим

Я г г г, . 25 ((Е(й)) йс = — ). (а - + Ъ-) (3) о

ОО

)(f (t)) àt = - -, ы(а .+ Ъ .). (4) е

После деления (3) на (4) получаем Зр

cd;(s; + b;)

Ь

; » (а; + Ъ.) т

-f 35 где с — среднеквадратическая (средневзвешенная) частота.

Операции разделения переменных и постоянных составляющих квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, 4р детектирования, интегрирования и деления интеграла выпрямленного значения на интеграле выпрямленного значения сигнала позволяют сформиро45

) - Е ()

6) И +-, - — -- — — - (6) 1@(t) j at б где о.ь - — средневзвешенное корреляционное произведение час1с тот.

Отношение средневзвешенного

4>; и> к среднеквадратическойчастоте дает некоторую безразмер

55 ,ную величину N

ca) ° ca)

N = — — — — —, (7) сд з

2 (5) з 148346 изводной сигнала на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала и формирование средневзвешенно го корреляционного произведения час5 тот, которое делится на среднеквадратическую частоту, и сравнение результата с заданным значением.

Сигнал на конечном интервале времени t, Д, где — время корреляции может быть представлен кодом Фурье где N — - функционал энергетического спектра сигнала f(t), отражающий Аорму кривой, огибающей функции спектральной плотности 9(со).

Функционал N представляется рациональными числами в интервале числовой оси от О до 1, т.е. аналогичен числам вероятности i 0. Иа коор динатной плоскости а, N, где Г- время корреляции, тот.или иной энергетический спектр при данном времени корреляции, и значении функционала

N иэобразится точкой. Множество т тЬчек этой координатной плоскости отображает все множество сигналов, отличающихся энергетическим спектром.

В разложении функции в ряд Фурье на конечном интервале нижняя частота ги

cd,=, т.е. в данном случае опре( деляется временем корреляции

Функционал энергетического спектра N как безразмерная величина не зависит от диапазона занимаемых частот, от положения спектра на оси частот, а отражает форму кривой огибающей Аункции спектральной плотнбсти, т.е. отображает распределение мощности по частотам в спектре.

Из этого вытекает возможность ис пользования Аункционала Я как признака при распознавании сигналов по энергетическому спектру.

На чертеже показана схема, поясняющая данный способ.

Устройство по .способу содержит усилитель 1, блок 2 дифференцирования, первый и второй квадраторы 3,4, первый и второй интеграторы 5,6,первый блок 7 деления, первый и второй фильтры 8,9, первый и второй детекторы 10, 11, третий и четвертый интеграторы 12, 13, второй и третий блоки 14,15 деления, блок 16 индикации, генератор 17, делитель 18 частоты, выход 19 значения среднеквадратической частоты о, выход 20.значения обобщенной характеристики энергетического спектра, выход 21 значения средневзвешенного произведения час,тот Ы М, Устройство работает следующим об- . разом.

Сигнал -f(t), поступающий на вход усилителя 1, в наиболее простом случае в этом устройстве усиливается (если требуется усиление) или преоб3467

5 148 разуется в электрический, если первичный сигнал иной природы, например акустический, или фильтруется (сглаживается), когда необходимо удалить наложившиеся помехи или идентифицировать энергетический спектр лишь в определенной полосе частот, или ограничивается по амплитуде, например для идентификации спектра клеппированных сигналов.

Выходной усиленный сигнал передается одновременно на блоки 2 и 4.В блоке 2 дифференцирования сигнал непрерывно дифференцируется.

В блоках 3 и 4, куда поступает соответственно продифференцированный

;и первообразный сигналы, оба сигнала квадрируются.

Выходные сигналы квадраторов 3 и 4 передаются через интеграторы 5 и 6 на входы фильтров 8,9. В интеграторах

5 и 6 квадрат производной сигнала и квадрат сигнала интегрируются за время, равное времени (интервалу) корреляции.

Поскольку время интегрирования— один из операционных параметров, которые должны быть стабильны как при определении функционалов для образцовых сигналов, так и исследуемых, то для точного ввода этого времени применен кварцевый генератор 17, обеспечивающий стабильную частоту и делитель 18 частоты, генерирующий управляющие импульсы включения и отключения интеграторов, а также импульсы управления делительными устройствами. В блоке генерации управляющих импульсов может быть предусмотрена регулировка (или автоматическая регулировка) времени интегрирования

Результаты интегрирования сигналов в интеграторах 5 и 6 в момент очистки интеграторов передаются в блок 7 деления. В блоке 7 результат интегрирования интегратором 5 квадрата производной сигнала (делимое) делится на результат интегрирования квадрата сигнала интегратором 6 (делитель), а на выходе блока 7 получает— Я ся среднеквадратическая частота (частное).

Выходные величины квадраторов 3 и 4, кроме того, поступают на входы фильтров 8,9, в которых из квадриро-. ванных сигналов первообраэного и проиэвопной разделителями 9 и 8 соот5

55 ветственно выделяются переменные составляющие соответственно формулам.

В блоках 10 и 11 детектирования переменные составляющие выпрямляются.

Выпрямленные значения переменной составляющей квадрата сигнала и переменной составляющей квадрата производной сигнала интегрируются соответственно интеграторами 13 и 12 за время, равное интервалу корреляции Г, аналогично как квадрат сигнала и квадрат произвольной сигнала.

Результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата производной сигнала в интеграторе 12 (делимое) делится на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала в интеграторе 13 (делитель) в блок 14 деления. В результате операции деления на выходе блока 14 получается величина, соответствующая средневзвешенному произведению корреляционных частот с1.ю„ (частное), Выходная величина блока 14 — средневзвешенное произведение частот ь1;1> — как делимое поступает на блок 15, а выходная величина блока 7—

1 среднеквадратическая частота ш — как делитель также поступает на блок 15.

На выходе блока 15 как частное получается функционал N энергетического спектра сигнала Е(с), Выходной сигнал блока 15, т.е. величина, пропорциональная функционалу N, отображается в блоке 16, например с помощью цифрового люминесцентного индикатора, или использует-. ся для управления в виде электрического сигнала 20.

Выходные величины блока 7,пропорциональные серднеквадратической частоте и, и блока 14, пропорциональные средневзвешенному произведению частот м.ш„, также могут быть использованы для управления или распознавания сигналов. Для идентификации энергетического спектра некоторого сигнала f(t), поступившего на вход предварительно (заранее), аналогичным образом составляются таблицы функционалов образцовых сигналов N. и табли2 1 цы 6 8 (d u)|, Таблиц АУ1 ционалов

J образцовых сигналов могут пополняться по мере обследования каждого нового сигнала как в процессе обучения

1483467

Составитель Л. Григорьян-Чтенц

Редактор О.Спесивых Техред Л.Сердюкова Корректор М.Васильева

Заказ 2835/47 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101 или пополнения "памяти". Полученные по данному способу функционалы для сигнала f(t) сопоставляются с таб1 личными. При совпадении функционала

M., полученного от неизвестного сигнала. Е/t), с некоторым табличным функционалом М; неизвестный сигнал

f(t) принимается. (считается) идентичным сигналу f;(t). Если же функ- 10 ционал Я„ не совпадает ни .с одним из табличных функционалов, то по таблицам ы и ы ы устанавливается xas,3 рактер его отличий и он может быть зарегистрирован как "новый" и еro функционал внесен в таблицу, Для управления и самонастройки полученный функционал N > циклическисопоставляется с требуемым или заданным его значением и отклонение его от 20 заданного вводится в блок формирования управляющего воздействия по критерию оптимизации. Аналогичным образом могут быть использованы и частот2 ные функционалы с и со со<. 25

Формула изобретения ,Способ идентификации энергетического спектра сигнала, включающий квадрирование сигнала и его производной, интегрирование квадрата сигнала и квадрата производной сигнала, формирование среднеквадратической частоты путем деления значения интеграла квадрата производной сигнала на значение интеграла квадрата сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности идентификации и расширения функциональных возможностей за счет определения распределения мощности по частотам спектра, выделяют переменную составляющую квадрата производной сигнала и квадрата сигнала, переменные составляющие детектируют и интегрируют за время интервала корреляции, результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей производной сигнала делят на результат интегрирования выпрямленного значения переменной составляющей квадрата сигнала, формируют средневзвешенное корреляционное произведение частот, которое делят на среднеквадратическую частоту, и сравнивают результат с заданными значениями.