Спектроанализатор шумовых сигналов

 

Использование: для аппаратурной обработки нестационарных шумовых сигналов, а таюке пр обработке сигналов в различных радибсистемах. Сущность изобретения: содержит фильтр, детектор, усреднитель, лии : , Х а , а х ои .. П хдйма ЯИН8СКе( нию задержки, М блоков вычитания, М блоков умножения, К+1 сумматоров, К блоков умножения, блоки tp, где р 2, 3,. ., К, блоки умножения, источник напряжения 10, (К+1)- входовый сумматор, генератор шума, суммато рТпереключатель, изме ритеЯь шума, формирователи, ключи, элементы памяти, генератор пилы, блоки tp, блоки умножения, блок извлечения корня, счетчик импульсов, цифроанало гЬвый преобразователь элементы задержки, блок деления, блок выборки и запоминания Особенностью изобретения является получение в каждом последующем моделируемом такте самокорректирующейся оценки предсказанного значения средней мощности нестационарного шумового сигнала 1 и/Г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) МЕР--:.ФА% Ффъфщ»ф йфФ».-*,,»Ф»» »»»»,» ° . »»-- -.:;;"".; » * .,».

" М@39ФФ " 4й.".1ВЯ 1 -:!1е)ЩЩфф рщуЖу@;

; 4» (й4ЙЮ) ». ж(= мжж1иМЗЙМВж= мйФ4ЙЙЙЙФФ .-%МЭРАМ »»» нию задержки, M блоков вычитания, M блоков умножения, К+1 сумматоров, К блоков умножения, блокитР, где р = 2, 3, ..., К, блоки умножения, источник напряжения 10, (К+1)входовый сумматор, генератор шума, сум. -ъ":ФФ4 д@ЯФ!?!- Ф-,.- 4 1 .. @;,@фью-:фдфф = =.:Q "Фй ффщФ((1»». .,"- »» МфМФф»» » - ---" (61) 1277008 (21) 4851806/21 (22) 16,07.90 . (46) 30,09.92, Бюл. N. 36 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) О.Л.Соколов -:(56) Авторское свидетельство СССР

: N 1277008, кл. G 01 R 23/00, 1986.

-;:Фаей--:: .::-ЫеМа4Х =:- ;; (=-.Ф::;-.:==--,;- -.-=. о.-- - . .- -:М: Й Ф-= -;(54) СПЕКТРОАЙАЛИЗА»ТОР ШУМОВЫХ

СИГНАЛОВ (57) Использование: для аппаратурной обра.ботки нестационарных шумовых сигналов, а т»а»кое п»р»й о»бработке сигналов в различных ра»диосистемах . Сущность изобретения: содержйт фильтр, детектор, усреднйтель, лиФмдФ фйМ фФ ф «» -*- еЪ*» + - +4+"" - » МФ"» .» "=»" »"

Изобретение предназначено для аппа ратурного анализа характеристик HGGT5QNQHBpHbIx»сл«»у«чайййх сигналов, может быть использовано й»ри обработке сигналов в . р а з» л«ичн»ы» 1 рад»йо» с»й»с»тем ах- и является у»совершенствованием« известного устройства

rio а»в»т»; свид, N 1277008, - Целью изобретения является повыше- ние тбчностй йре»д»сказ»айия значения " ср»ед:ней мощно«стй нест»ацйонарного шумового сй»"г н»ал а.

: "P .-. фЯф1фф(ф,:ФЩ4 ф&М:-» .=- 1»Ф,» "- !»

-. На чертеже представлена ф»уйк»цйо«нальная» Схе»м»а устройства. Устройство содержит широкополосный фильтр 1, детектор 2, усреднитель 3, линию задержки с М отводами 4, M блоков вычитания 5-1, .„, 5-М, КМ+1 одновходовых блоков умн»оже»н» ия 6-1, .„, 6-(КМ+1), К+1 М-входовых сумм»аторов» 7-1, ..., 7-(К+1), К двухвходовых матор, переключатель, измеритель шума, формирователи, ключи, элементы памяти, генератор пилы, блоки tР,,блоки умножения, блок извлечения корня, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, элементы задержки, блок деления, блок выборки и запоминания. Особенностью изобретения является получение в каждом последующем моделируемом такте самокорректирующейся оценки предсказанного значения средней мощности нестационарного шумового сйгнала. 1 йл, :Ф -, - .,(1 ь,- »«»: .кф -,:,: -+ ".-;; 4.,: +:, 1() Фй- - »."ф"4 ф --, )щжп @@Й;"- Ни!%ЙЩ, ЗфЩЩ%ф ФФ: :-:ФфФ4 -.

:.. .й» : -:- ..: - Г т-:ЙФЫЙ3жРЙФ::Ййй йй- 1 4@. блоков ум»но»жейия 8-1, ..., 8-К, блоки t, где р = 2, 3, ..., К 9-1 ., 9-(К-1), источник регулируемого напряжения 10, (К+1)-входовый сумматор 11, первый 12-1 и второй 12-2 пе реФМ™юча«тел»й", регулйруейый "ге«йе»ратор шу- ма 13, двухвходовый сумматор 14, измеритель эффективного напряжения шума 15, третий переключатель 12-3, К+1 ключеи 16-1, ..., 16-(К+1), K+1 элементов йамяти

17 -1, „„17-(К+1), первый формирователь 181, генератор пилообразного напряж»ейия 19, в»т»о» рой формирователь 18-2, счетчик имnyiibcoB 20, цифроаналоговый и реобразователь 21, блок деления 22, первый 23-1 и второй 23-2 элементы задержки, блок выборки vi запоминания 24, от К+1 до 2К умножителей 8-(К+1), ..., 8-2К, второй многовходовый сумматор 25, блок извлечения квадратного корня 26, от К до 2(К-1) блоков тР, 9-К, ..., 9-2(К-1), " *---- -. -" - . -: » .- .-...- .." "." . " . - ; -».Л-Х= я ЖэФ. » -:.:М ». Ж»Ф.: -*»»М2МИ.. ЦХ»Ф» ФЖ»»» -;-»!

ГО«СУДАР»СТВЕЙЙЫЙ КОМЙТЕТ .Ь» Ф . »»»Ъ * . Й*= «»»»» . »»» .. Ж» Ф Ф» . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И бТКРЫТИЯМ а»»»»Ф»1 "О-»»»- "» *:

= ПР«И ГК НТ СССР» ! Ы. -,,» »» =. »., . .Я;., -- =-, : ., „-:: ..., . - » gf»+ ф И . »»» »,»»»ФФ »»»»«»3%»»ф5»»» »ФА»;,ФЦ 1МФ!»"-: фЯ+ф» . К ABT РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1765778

Устройство работает следующим образом.

Шумовой сигнал после усиления поступает на вход измерителя эффективного напряжения шума 15 и на вход широкополосного фильтра 1, поскольку вначале переключатель 12 находится в первом положении.

Эффективное напряжение шума фиксирует оператор.

Сигнал с выхода фильтра 1 поступает на детектор 2 и затем на усреднитель 3. На выходе усреднителя 3 в каждый момент времени получаем оценку средней мощности шумового сигнала.

С выхода усреднителя 3 сигнал поступает на линию задержки 4 с М отводами, на которых получаем соответственно оценки

2 Q2 Л 2 средней мощности 01, ..., ui, ..., um в моменты времени ц, ..., ti, „., tm.

Если изменение средней мощности шумового сигнала описывается некоторой гладкой функцией, что обычно имеет место, то ее можно разложить в ряд Тейлора с конечным числом членов

02(t) = а+ ptt+ pat + ... pat, (1) где а,,81, ..., Д вЂ” неизвестные коэффициенты разложения.

Оценку средней мощности на выходе усреднителя 3 можно представить в виде суммы, зависящей от времени неслучайной функции (1) и случайной компоненты Z(t). отражающей влияние флуктуаций

02(t) =а+ pqt+ pztг+ ... Дт +Z(t), (2)

Имея на отводах линии задержки 4 оценки средней мощности 01, „., ui, ..., г лг

0m, можно определить значения коэффиг циентов а, Pt, ...Д.

Оптимальное определение коэффициентов в выражении (2) производится в задаче оценки коэффициентов параболической регрессии по методу наименьших квадратов.

Л

Оценка коэффициента а получается на выходе одновходового блока умножения 6(КМ+1) в виде а= —, Ui, 1 @ г (3)

М,Д„

1 где — — коэффициент умножения в блоке

М

6-(К М+1).

Оценка коэффициента Р; получается на выходе сумматора 7-i в виде л г

А;(0; — a), (4) л

0 (tn) = а+ Р1.л, + P tn + ... + /За„ . (5) Поскольку оценки параметров в параболической регрессии в выра><внии (2) получены методом наименьших квадратов, предсказанное значение (5) будет наиболее точной предсказанной оценкой средней мощности шумового сигнала, определяемой по его единственной реализации.

Вместе с тем в ряде случаев необходимо иметь предсказанное значение с повышенной точностью, чего не достигнуть, распола45 гая единственной реализацией шумового сигнала. В этом случае необходимо создать представительную выборку предсказанных значений средней мощности шумового сигнала и, используя эту выборку, повысить в каждом последующем моделируемом такте точность предсказанного значения средней мощности нестационарного шумового сигнала.

Представительная выборка предсказанных значений средней мощности формируется следующим образом, После получения первой оценки предсказанного значения средней мощности шумового сигнала оператор переключает переключатель 12 во второе положение.

5 где Aii — постоянные коэффициенты, зависящие от значений Ч, j = 1, 2, ..., М; i=1, 2, ..., К, i

Коэффициенты Aii определяют коэффициенты умножения в блоках 6-1, ... 6-КМ.

Оценки коэффициентов Р1, „„Д, ..., k c выходов сумматоров 7-1...7-К поступают на один вход соответствующего двувходового блока умножения 8-1, ..., 8-К.

На второй вход каждого блока умножения 8-1, ...,8-К поступает напряжение, пропорциональное величине Ъ

Напряжение, пропорциональное времени tn, поступает с выхода источника регулируемого напря>кения 10 на вход блока умножения 8-1 и входы всех блоков 9-1, „., 20

9-(К-1). С выходов блоков 9-1, ..., 9-(К-1) сигналы поступают на соответствующие блоки умножения 8-2, „,,8-К.

Таким образом, на выходе каждого блока умножения 8-1, ..., 8-К получаем сигналы, пропорциональные соответственно произ2 ведениям флп, Длп, ..., ок tn .

Суммирование в сумматоре 11 сигналов с выходов блоков 8-1, „„8-К, а также с выхода блока 6-(KM+1) дает предсказанное на

30 момент 1 значение средней мощности шумового сигнала в виде

1765778

В этом случае плата 12-1 подвижным контактом йбдкл ючает гейератор шума 13 к измерителю эффективного напряжения шума 15. На выходе генератора шума 13 оператор у ст а" на влй в ает н"айр яжение, равное зафиксированному напряжению шума в аналйзируемой первой Оеализации шумо вого с йгнала.

: +j Подвйжйый контакт платы переключа- -: теля" 12-3 подает положительный перепад

-.:., = найряжейия"на вход "первбго" формирователя 18-1, на выходе которого формируется

;iмriульс,"открИвающий ключи 16-1, ..., 16(К+1)., .ф::: В результате этого напряжения, пропорцйональные "оцененным коэффициентам а, ф1, ..., ф, ..., Д, поступают на входы соответствующих-элементов памяти 17-1, f 7-(К+1), Таким образом, в элементах памяти t71, „;,17-(К+1) оказываются зафиксированныь1И оценкin коэффициентов a, Pl, .„, Д, --; —.- кото рые 9BflflloTcsl йесме щей н"ыми, состо я т ель=ным и и эффективными, поскольку . =. ойЪ -йолучейы "методом""наименьших"квадра т Ов, Указанное обстоятельство дает основайиЕ йрЕдполагать, чтО Оцонки ПрЕдСкааКного значенйя средней мощности шумового сигнала прийадлежат-генеральйой Совокупности, а их среднее значение будет несмещеййой, состоятельной и эффективной оценкой математического ожидания предсказанного-значейия, .О Напряжения, пропорциональные оценКаМ P1, ... Д, с выходов элементов памяти

17-1, ..., 17-К поступают на соответствую щие входы двухвходовых блоков умножения

8-(К+1), ..., 8 -2К, На вторые входы этих блоков умножения ; кроме блока 8-(К+1), посту пают сйгналы сбответственно" с=выхбдов блоков Р 9-К, „9-2(К-1). д "Сигнал йа вход блока 8-(К+1) и входы блоков 9-К„„,9-2(К-1) поступает с выхода гей е рато р а пй лообразного напряжения

19, Изменение напряжения на выходе генератора 19 в течение одного периода пропбрционально-временному интервалу от t1 до тм .

В результате на выходах блоков умножения 8-(К+1), .„, 8-2К будем получать напря- жения, пропорциональные произведениям

P1t, Р2Г, ...,ДС", Указанные напряжения йоступают на К входов сумматора 25, на (К+1)-й вход которого noc1ynaef сЙгйал, пройорциойальный коэффициенту с с выхода элемента памяти

Такйм образом, на выходе сумматора 25 получаем сигнал, изменяющийся во времеНИ В ВИДЕ

0 {t) = а+ Plt+ ф + „, + /За (6) 5 где 1 изменяется в пределах от t1 до tM.

Сигнал с выхода сумматора 25 поступает"на вход блока извлечения корня 26, на выходе которого йолучаем сигнал в виде

u(t) = (7) В блоках 5, „.,11 в каждом такте работы генератора 19 происходит оценка коэффициентов" а, P1, „.. Д и предсказание на момент t значения средней мощности в каждой смоделйрованной реалйзацли шумового сигнала.

Эти значения предсказанной средней мощчости смоделированных реализаций шумового сигнала накапливаются в блоке выборки и запоминания 24 в моменты поступления управляющих импульсов с выхода первого элемента задержки 23-1.

Импульс на вход элемента задержки 23-1 поступает с выхода формирователя 18-2, Этот же импульс поступает на вход счетчика импульсов 20, в кОтОрОм подсчитывается общее число смоделированных реализаций

UJ jjMOBOI O СИГНВЛа, Импульсы на выходе формирователя 182 формируются от заднего фронта импульсов с выхода генератора пильЬ19, Выходной сигнал блока выборки и запоминания 24 поступает на вход делимого блока деления 22, на вход делителя которого поступает напряжение, пропорциональное числу смоделированных реализаций шумового сиг4ала, с выхода цифроаналогового преобразователя 21, входы которого подсоединены к выходам двоичного счетчика

20.

В результате на выходе блока деления

22 образуется напряжение, пропорциональное следующему значению

"ч () = — g 4р 1 (8)

q V =100

Сигнал с выхода блока извлечения корня 26 поступает на второй вход сумматора

14, на выходе которого образуется шумовой сигнал, средняя мощность которого изменяется согласно выражению (1).

Каждая реализация шумового сигнала со средней мощностью, описываемой выра20 жением {1), поступает через плату 12-2 на вход широкополосного фильтра 1 и далее на детектор 2, усреднитель 3, линию задержки

1765778 где q — число смоделированных реализаций шумового сигнала.

Предсказанные значения U< (t), ..., Uq (t), входящие в сумму (8), предположительно принадлежат генеральной совокупности, и 5 их среднее значение будет несмещенной, состоятельной и эффективной оценкой математического ожидания предсказан ного значения средней мощности шумового сигнала. Поэтому при увеличении числа q смо- 10 делированных реализаций шумового сигнала будем получать все более точную оценку предсказанного значения средней мощности нестационарного шумового сигнала. 15

Указанный процесс продолжается до тех пор, пока точность данной оценки не станет удовлетворять предъявленным требованиям.

Формула изобретения

Спектроанализатор шумовых сигналов по авт, св. ¹ 1277008, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет предсказания значения средней мощ- 25 ности нестационарного шумового сигнала, введены первый и второй переключатели, первые входы которых объединены и являются входом спектроанализатора, регулируемый генератор шума, выход которого 30 соединен последовательно с двухвходовым сумматором и вторым входом второго переключателя, выход которого соединен с вхов дом широкополосного фильтра, измеритель эффективного напряжения шума, вход кото- 35 рого соединен с выходом первого переключателя, второй вход первого переключателя соединен с выходом регулируемого генератора шума, третий переключатель, второй вход которого является клеммой для под- 40 ключения положительного напряжения, К+1 параллельных цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные ключ, вход которого является входом парал45 лельной цепи, и элемент памяти, выход которого является выходом параллельной цепи, причем К-входы параллельных цепей соединены с К-выходами соответствующих

M-входовых сумматоров, а К+1 вход соединен с вторыми входами М блоков вычитания, первый формирователь, вход которого соединен с выходом третьего переключателя, а выход — с управляющими входами К+1 ключей К+1 параллельных цепей, генератор пилообразного напряжения, второй формирователь, счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, которые соединены последовательно, выход цифроаналогового преобразователя соединен с входом введенного блока деления, выход которого соединен с входом К+2 ключа, выход которого является выходом спектроанализатора шумовых сигналов, первый и второй элементы задержки, соединенные последовательно, причем вход первого элемента задержки соединен с выходом второго формирователя, а выход второго элемента задержки соединен с управляющим входом, К+2 ключа, блок выборки и запоминания, первый вход которого соединен с выходом первого многовходового сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, а выход которого соединен с первым входом блока деления, от К+1 до.2К умножителей, входы которых соединены с выходом К параллельных цепей, а выходы которых, а также К+1 выход параллельной цепи соединены с входами введенного второго многовходового сумматора, выход которого через введенный блок извлечения квадратного корня соединен с вторым входом двухвходового сумматора, от К до 2(К-1) блоков t, где р =

=2, 3, ..., К, входы которых соединены с выходом генератора пилообразного напряжения и вторым входом К+1 умножителя, а выходы соединены с вторыми входами соответствующих умножителей, 1765778

Ёерекл.

Уст ураРн

LGQHg

-. Регул

acres

Составитель О, Соколов

Редактор Т. Лошкарева Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О. Юрковецкая

Заказ 3383 Тираж Г1одписное

ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,"101