Способ адаптивного спектрального анализа

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа энергетического спектра в условиях малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов, например, при обнаружении гармоник в шуме. Цель изобретения - повышение точности анализа. Эта цель достигается тем, что при фиксированном объеме выборки подвергают Фурье-преобразованию коды коэффициентов фильтров предсказания 1-го, 2-го (М-1)-го порядков, получают набор отсчетов квадратов амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания с 1-го по (М-1)-й включительно , умножают на соответствующие коды весовых коэффициентов, после чего суммируют с умноженными на соответствующий весовой коэффициент, отсчетами квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания М-го порядка и результирующий сигнал суммирования обра-, щают, получая при этом окончательную оценку спектра. Способ заключается также в том, что из наблюдаемого процесса берут последовательных отсчетов данных, формируют по ним последовательно цифровые коды , соответствующие коэффициентам фильтра линейного предсказания 1-го, 2-го, .... М-го порядка, коды коэффициентов фильтра предсказания М-го порядка подвергают Фурье-преобразованию, берут от результата модуль и возводят его в квадрат, получают при этом отсчеты квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания М-го порядка. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. 5 fe

1775679 онному входу блока 10 преобразования

Фурье, выход последнего соединен со вторым входом умножителя 6. Выходы блока

11 управления подключены соответственно к синхровходу умножителя 6 и управля- 5 ющему входу блока 8, управляющему входу блока 10, к первому управляющему входу фильтра 3, к адресному входу блока

8, к адресному входу блока 2, к управляющему входу блока 2 и второму управляю- 10 щему входу фильтра 3, к управляющему входу преобразователя 1.

Фильтр предсказания 3 содержит последовательно соединенные вычислитель

12 корреляциойной матрицы, блок 13 обра- 15 щения матрицы, умножитель 14 и накапливающий сумматор 15.

Оценивэние энергетического спектра способом адаптивного спектрального анализа производят путем квантования по вре- 20 мени и уровню входного процесса х/t, запоминания полученных отсчетов данных х>, вычисления коэффициентом фильтров линейного предсказания с первого по M-й порядок аь m(i = 1, m; m = 1, M) и соответст- 25 вующих квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик Km (fj, определения

2 весовых коэффициентов Q по дисперсиям откликов (4 фильтров предсказания с первого по M-й порядок, взвешивайия квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик Kttt (fj (rn = 1, M) с соответст2 вующими,коэффициентами Q, суммирования с накоплением полученного результата и обращения полученной суммы.

Анализатор спектра (фиг. 1) работает следующим образом: в исходном состоянии в блоке 8 памяти, измерителе 4 дисперсии, накапливающем сумматоре 15, установле- 4 ны нулевые начальные значения, При подаче исследуемого процесса хп на вход адаптивного спектроанализатора аналогоцифровой преобразователь 1 формирует последовательность отсчетов хл, которые 4 запоминаются в блоке 2 памяти в соответствии с управляющим и адресным сигналами, поступающими на его соответствующие входы с 6-ro и 5-го выходов блока 11 управления. С выхода блока 2 памяти отсчеты хуу поступают на вход фильтра 3 предсказания, в котором формируются коэффициенты линейного предсказания аь m и отклик фильтра 4. m(п=1, m, m-1, M) по сигналам управления поступающими с 3-го и 6-го выходов блока 11.

Коэффициенты ai. m подаются на вход блока 10 преобразования Фурье, в котором по управляющему сигналу со второго выхода блока 11 происходит вычисление отсчетов квадрата модуля амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 M-ro порядка

j23jn

KM (tt= g ае.М е . Последние с амn=1 хода блока 10 поступают на вХод умножителя 6, на другой вход которого подается значение весового коэффициента щ с выхода блока 5 обращения. В измерителе

4 дисперсии и блоке 5 происходит вычисление коэффициента Лу =1/о4, где оеа = (!/N) $ en,м, но откаику ае, м п=1 фильтра предсказания M-го порядка, По сигналу, поступающему с первого выхода блока 11 управления на управляющий вход умножителя 6 происходит взвешивание значений квадрата модуля амплитудно-частотной характеристики фильтра 3 предсказания с соответствующим коэф ициентом Яу и значения результата Яу KM (f) через сумматор 7 и блок 8 памяти поступают на блок 9 обращения, в котором вычисляется оценка спектра GM(fj = c4 / i KM (f)! .

В теории спектрального оценивания показано, что точность результирующей оценки GM(fj возрастает при увеличении порядка

М фильтра 3 предсказания. Поэтому на практике M выбирают по возможности большим, порядка 8...10. Однако при ограниченном количестве входных отсчетов х1, х2...., хл, при увеличении М для оценки спектра

GM(f) характерно появление в спектре дополнительных (ложных) составляющих и смещение частоты истинных гармонических сигналов. Возможно повышение точности оценки спектра путем уменьшения порядка

М, но при этом одновременно уменьшается количество истинных составляющих в спектре(не выявятся в оценке спектра истинные гармонические сигналы) и ухудшается разрешающая способность.

Для увеличения точности оценивания спектра адаптивным спектроанализатором при ограниченном количестве отсчетов {xn) (n = 1, N), дополнительно вычисляют квадраты модулей амплитудно-частотных характеристик Km (f) фильтров предсказания с

2 первого по (М-1)-й включительно и весовые коэффициенты Q (m = 1, (М вЂ” 1), аналогично порядку M.

Для сохранения истинных составляющих в оценке спектра и получения высокой разрешающей способности квадраты амплитудно-частотных ха рактеристик

Ки (t) (m - 11M- !) умножают на соотеетстг вующие коэффициенты Я„в умножителе 6 и

c его выхода подают на вход сумматора 7, на второй вход которого поступает сумма

1775679

Формула изобретения

1. Способ адаптивного спектрального анализа, заключающийся в формировании из N последовательных отсчетов сигналов, пропорциональных коэффициентам фильтра линейного предсказания

1-го, 2-ro, ..., М-ro порядка, Фурье-преобразовании сигналов коэффициентов

L .

Составитель А.Орлов

Техред M.Ìoðråíòàë

Корректор H.Ãóíüêî

Редактор

Заказ 4032 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 взвешенных квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания с М-го по (m + 1)-й порядок м включительно,, $ KJ (f). Результат сумJ =m+1 мированив g $ KP(f) ло сигналам адреса

J =m и управляющему поступающим с выходов 4 и 1 блока 11 управления на соответствующие входы блока ф памяти записывается в последний и затем поступает на второй вход сумматора 7 для получения следующей весовой суммы. Результирующая оценка спектра формируется на выходе блока 9 обращения после взвешивания квадратов модулей амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания с первого по М-й включительно G (f }1/ g kj К((1}. !

=1 фильтра предсказания М-го порядка, детектировании сигналов, пропорциональных квадрату амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания M-го поряд5 ка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, подвергают

Фурье-преобразованию сигналы коэффициентов фильтров предсказания 1-го. 2-ro. (M-1)-ro порядков, детектируют сигналы, 10 пропорциональные квадратам амплитудночастотных характеристик фильтров предсказания с 1-го по (M-1)-й включительно, умножают на соответствующие сигналы весовых коэффициентов, суммируют с умно15 женным на соответствующий весовой коэффициент сигналом квадрата амплитудно-частотной характеристики фильтра предсказания M-ro порядка и результирующий суммарный сигнал подвергают нелинейно20 му преобразованию, получая при этом окончательную оценку спектра, 2. Способ по п.1,отл ича ющи йся тем, что при определении сигналов весовых коэффициентов подают N последователь25 ных отсчетов данных на фильтр предсказания М-го порядка, его сигнал отклика . детектируют и интегрируют на конечном, временном интервале и полученные при этом оценки дисперсии отклика подвергают

30 нелинейному преобразованию.