Способ определения частоты узкополосного сигнала

 

Изобретение относится к технике дискретного спектрального анализа и может быть использовано в радиолокации и измерительной технике. Достигаемый технический результат - устранение зависимости точности определения частоты узкополосного сигнала от его длительности. Сущность изобретения заключается в том, что сигнал длительностью T дискретизируют с получением N точек, вычисляют его дискретный спектр, определяют номер K максимальной спектральной составляющей, ее амплитуду, а также номер и амплитуду большей из смежных с ней составляющих, и определяют частоту сигнала на основании этих данных из приведенного аналитического выражения. 2 ил.

Изобретение относится к технике дискретного спектрального анализа и может быть использовано в радиолокации и измерительной технике.

Известен способ определения частоты узкополосного сигнала [1], заключающийся в том, что одновременно дискретизируют входной сигнал с получением N и N-1 дискретных отсчетов, определяют номера максимальных спектральных составляющих, полученных путем дискретного преобразования Фурье (ДПФ) каждой из последовательностей, сопоставляют их дискретные спектры и определяют истинную частоту сигнала в точке, где максимумы периодических спектров совпадают, причем значение частоты сигнала определяют в соответствии с выражением где K₁, K₂ - номера максимальных спектральных составляющих N и N-1 дискретных спектров соответственно, T - длительность входного сигнала.

Недостатком данного способа является зависимость точности определения частоты сигнала от его длительности.

Наиболее близким к изобретению является способ определения частоты узкополосного сигнала [2, с.102], заключающийся в том, что сигнал длительностью T дискретизируют с получением N точек, вычисляют его дискретный спектр с помощью ДПФ, определяют номер K максимальной спектральной составляющей и вычисляют значение частоты по формуле ω_o= K/T. (2) Недостатком данного способа является зависимость точности определения частоты сигнала от его длительности.

Известно [3] , что спектральный анализ N дискретных отсчетов сигнала длительностью T путем ДПФ эквивалентен пропусканию сигнала через набор N фильтров, имеющих амплитудно-частотную характеристику вида и настроенных на базисные гармоники ω_к= к/T, где K=0..., N-1. Это приводит к тому, что из всего возможного множества частот только совпадающие с базисными гармониками будут проецироваться на единственный вектор, а все остальные будут иметь ненулевые проекции на любую из гармоник базисного множества.

Так, например, при спектральном анализе гармонического сигнала длительностью T с частотой ω_o≠ ω_к амплитуда сигналов на выходе двух смежных фильтров с настройкой на ω_к и ω_к-1, используя обозначения, указанные на фиг. 1, определяется как Очевидно, что величина отношения амплитуд A_k-1/A_k находится в прямой зависимости от величины δω. В результате преобразований получим

Тогда частота сигнала может быть оценена в соответствии с выражением
ω_o= (K-1/2)Δω-δω. (7)
Целью изобретения является устранение зависимости точности определения частоты узкополосного сигнала от его длительности.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения частоты узкополосного сигнала, заключающегося в том, что сигнал длительностью T дискретизируют с получением N точек, вычисляют его дискретный спектр с помощью дискретного преобразования Фурье, определяют номер K максимальной спектральной составляющей, дополнительно измеряют амплитуду максимальной спектральной составляющей, а также номер и амплитуду большей из смежных с ней и определяют частоту сигнала в соответствии с выражением
ω_o= 2π(K-1/2)/T-δω, (8)
где

A_i - амплитуда i-й спектральной составляющей;

Новым признаком, обладающим существенным отличием является:
измерение амплитуды максимальной спектральной составляющей, а также номера и амплитуды большей из смежных с ней и определение частоты сигнала в соответствии с выражением 8.

Данный признак обладает существенным отличием, так как в известных способах не обнаружен.

Использование нового признака позволяет устранить зависимость точности определения частоты от длительности сигнала.

На фиг.2 приведена блок-схема устройства, реализующая предложений способ определения частоты узкополосного сигнала.

Устройство для осуществления предложенного способа определения частоты узкополосного сигнала содержит (фиг.2) последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, блок 2 дискретного преобразования Фурье (ДПФ), блок 3 определения максимума, блок 4 сравнения, блок 5 определения частоты, а также генератор 6, причем выход генератора 6 соединен со вторым входом АЦП 1, первый вход которого является входом устройства, а выходом устройства является выход блока 5 определения частоты.

Способ определения частоты сигнала реализуется следующим образом. Входной сигнал дискретизируют в АЦП 1 с периодом T/N, задаваемым генератором 6. Полученную реализацию входного сигнала из N отсчетов подают на вход блока 2 ДПФ, где вычисляют дискретный спектр сигнала, поступающий на вход блока 3 определения максимума. В блоке 3 определения максимума осуществляют поиск максимальной спектральной составляющей, а также оценивают ее амплитуду и амплитуду смежных с ней спектральных составляющих. В блоке 4 сравнения по информации, поступающей с выхода блока 3 определения максимума, в соответствии с правилом 10 производят выбор пары отсчетов и вычисляют частотное смещение по формуле 9. Значение величины частотного смещения с выхода блока 4 сравнения подают на вход блока 5 определения частоты, в котором в соответствии с выражением 8 оценивается частота сигнала.

Таким образом, дополнительное введение операций измерения амплитуды максимальной спектральной составляющей, а также номера и амплитуды большей из смежных с ней, и определения по ним частоты сигнала позволяет устранить зависимость точности определения частоты сигнала от его длительности.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1352390, кл.G 01 R 23/00, 1986.

2. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986.

3. Хэррис Ф.Дж. Использование окон при гармоническом анализе методом дискретного преобразования Фурье. - ТИИЭР, 1981, т.69, N 11.

Формула изобретения

Способ определения частоты узкополосного сигнала, заключающийся в том, что сигнал длительностью Т дискретизируют с получением N точек, вычисляют его дискретный спектр с помощью дискретного преобразования Фурье, определяют номер К максимальной спектральной составляющей, отличающийся тем, что дополнительно измеряют амплитуду максимальной спектральной составляющей, а также номер и амплитуду большей из смежных с ней и определяют частоту сигнала в соответствии с выражением
ω_o= 2π(K-1/2)/T-δω, где
где А_i - амплитуда i-й спектральной составляющей;
i = К при А_к+1 < А_к-1;
i = K + 1 при А_к+1 ≥ А_к-1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2