Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА - Патент РФ 2026560
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при измерении периода и частоты зашумленных гармонических сигналов искаженной формы. Сущность: способ определения периода электрического сигнала заключается в использовании статической меры для оценки периода гармонического сигнала, выделении и текущем усреднении n временных интервалов Δti, ограниченных сверху и снизу характеристическими моментами времени, статистически достоверно характеризующими границы временных интервалов, и длительностью, близкой или равной периоду гармонического сигнала, причем в качестве статистической меры для оценки периода используют нормированную автокорреляционную функцию исследуемого сигнала, частоту дискретизации гармонического сигнала выбирают в 1,8·101- 3,6·103 раз большей частоты основной гармоники, дискретизируют гармонический сигнал периодической последовательностью пар коротких импульсов, измеряют амплитудные значения пар выборок, определяют средние значения сигнала и текущее значения нормированной автокорреляционной функции и с учетом полученных значений определяют очередные текущие значения, итерационный процесс измерения повторяют аналогичным образом N раз до получения требуемой точности измерений. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2026560
Класс(ы) патента: G01R23/00, G04F10/04
Номер заявки: 4667604/21
Дата подачи заявки: 06.02.1989
Дата публикации: 09.01.1995
Заявитель(и): Институт кибернетики им.В.М.Глушкова АН УССР
Автор(ы): Кондратов В.Т.; Сиренко Н.В.; Таранов С.Г.
Патентообладатель(и): Институт кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины
Описание изобретения: Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано по прямому назначению в периодомерах-частотомерах, анализаторах спектра и т.д. при измерении периода и частоты зашумленных гармонических и других периодических сигналов искаженной формы.
Известен способ определения периода электрических сигналов [1], основанный на выделении временных интервалов, равных периоду, по моментам перехода исследуемых сигналов через нулевой или опорные уровни в положительном (или отрицательном) направлении, с последующей обpаботкой результатов n измерений.
Известному способу присуща недостаточная точность измерения, обусловленная влиянием шумов и высших гармоник на процесс выделения измеряемых временных интервалов. Кроме того отсутствуют какие-либо критерии, ограничивающие во времени процесс измерения и получения требуемого числа результатов измерений, обработка которых обеспечит получение значения периода с заданной точностью при минимальных затратах времени. Последние особенно существенны при измерении периода низкочастотных и инфранизкочастотных сигналов.
Известен способ определения периода электрических сигналов [2], выбранный нами в качестве прототипа и заключающийся в поочередном выделении n временных интервалов, ограниченных снизу и сверху характеристическими моментами времени tn-1 и tn, с последующим измерением и обработкой полученных результатов по определенному выражению.
Известному способу присуща недостаточная точность измерения, обусловленная влиянием шумов и высших гармоник на формирование временных интервалов, равных периоду, по моментам перехода исследуемого сигнала через опорные уровни в положительном или отрицательном направлениях. В результате воздействия шумов и высших гармоник имеет место отклонение характеристических моментов времени tn-1 и tn от своих истинных местоположений. Кроме того, из-за случайного характера шумов с неизвестным законом распределения шумового напряжения трудно определить требуемое число измерений n=N, обеспечивающее после обработки получение значения периода с заданной точностью. Это обусловлено тем, что при определении периода исследуемого сигнала не используются какие-либо критерии (например, по дисперсии или среднеквадратическому отклонению), оценки требуемого числа измерений или значения временного интервала, соответствующее определяемому периоду.
От значения N зависит и общее время измерения. Последнее особенно существенно при измерении периода электрических сигналов в диапазоне низких и инфранизких частот.
Целью изобретения является повышение точности определения периода электрического сигнала искаженной формы.
Сущность изобретения поясняется эпюрами напряжений, приведенными на чертеже, и заключается в следующем.
В основу предложенного способа положено использование статистической меры для оценки периода гармонического сигнала. В качестве статистической меры предложено использовать нормированную автокорреляционную функцию гармонического сигнала. При этом вводится понятие "характеристических моментов времени", т.е. моментов времени, в которые нормированная автокорреляционная функция исследуемого сигнала равна единице с заданной точностью измерения. Характеристические моменты времени ограничивают сверху и снизу временные интервалы Δ ti,равные (с заданной точностью) периоду Т гармонического сигнала, и статистически достоверно характеризуют границы указанных временных интервалов. Согласно предложенному способу до выделения характеристических моментов времени выбирают частоту fд дискретизации гармонического сигнала u(t) в 1,8 . 101 ... 3,6 . 103 раз большей частоты f=1/T его основной гармоники. Обычно частоту дискретизации выбирают кратной целому числу периодов высшей гармонической составляющей исследуемого сигнала и в зависимости от требуемой точности выделения периода.
Генерируют периодическую последовательность пар коротких импульсов (фиг. 1, б) следующих в моменты времени ti и ti+ τ с частотой дискретизации fд и сдвинутых относительно друг друга на интервал времени τ=Tk/m, в m раз меньший (m=1 ... 100) периода Tk k-й (k ≅ 16) высшей гармонической составляющей исследуемого сигнала u(t).
Это связано с необходимостью подавления гармонических составляющих с номером, равным m . k, а также высокочастотных помех и наводок с частотами в 1 ... 100 раз большими частоты k-й гармонической составляющей исследуемого сигнала.
В моменты времени ti и ti+ τ появления периодической последовательности пар коротких импульсов измеряют амплитудные значения пар выборок
Ui = u(ti) (1)
Ui,τ=u(ti+τ) (2)
из гармонического сигнала u(t).
Задают априори предыдущее значения Tn-1 периода основной гармоники гармонического сигнала, т.е. Tn-1=To (при n=1), и его среднее значение Uср n-1=Uo.
C tn-1 по tn-й моменты времени дискретно определяют, с учетом значений Ui, Ui,τ, τ, Tn-1 и Uср n-1, текущие значения ρnнормированной автокорреляционной функции и средние значения Uср nгармонического сигнала. Для этого вначале определяют (с tn-1-го момента времени, где n ≠ i) текущее значение автокорреляционной функции гармонического сигнала u(t) по выражению
Rn(τ) = Rxx(τ) = МUi·Ui,τ cos =
(i-1)+ Ui·Ui,τ cos / i ,
(3) где i=1, 2, 3, ..., K - число измерений мгновенных значений гармонического сигнала, определяемое по заданному условию;
Tn-1 - предыдущее значение периода, которое при n=1 равно То, т.е. T1-i =To i;
τ - интервал времени задержки, в m раз меньший периода Tk k-й гармоники;
- среднее значение предыдущих результатов дискретных измерений автокорреляционной функции;
Ui·Ui,τ cos τ - последующее дискретное значение автокорреляционной функции;
Ui-1, Ui, Ui,τ, Ui-1,τ - мгновенные значения гармонического сигнала, взятые в моменты времени ti-1, ti, ti + τ, ti-1+ τ соответственно.
Одновременно с tn-1-го момента времени определяют текущее среднее значение квадрата модуля i-го мгновенного значения гармонического сигнала по выражению
Mv = (i-1)+ v / i , (4) где |Ui-1|2 - среднее значение квадратов модулей i-1 мгновенных значений гармонического сигнала.
Ui-1 и Ui - предыдущее и последующее мгновение значения гармонического сигнала, взятые в ti-1 и ti-1 моменты времени соответственно. Одновременно с определением M|Ui|2n с tn-1-го момента времени определяют также квадрат модуля среднего значения сигнала u(t), а затем усредненное значение квадрата модуля среднего значения сигнала по выражениям
v= = v , (5) где - предыдущее среднее значение электрического сигнала, причем при n=1 = vo, т.е. значение Uo при n=1 устанавливается заранее
= / m ,
(6) где m=n-1, n=1, 2, 3, ..., N, - среднее значение предыдущих m-1 значений квадрата модуля среднего значения сигнала,
|Ucp|m2 - текущее m-е значение квадрата модуля среднего значения сигнала.
На основании полученных данных (3) ... (6) определяют текущее значение нормированной автокорреляционной функции гармонического сигнала
ρxx(τ) = = ρn (7)
Причем начальные значения Tn-1=To и = vo (при n=1 и i=1) задают, как уже отмечалось, априори, до проведения измерений.
Одновременно с момента времени tn-1 измеряют текущие значения временного интервала Tn=tn-tn-1= Δtn, который ограничивают сверху моментом времени tn равенства единице текущего значения нормированной автокоррелляционной функции, т.е. при ρn =1.
Результаты измерений Tn и |Ucp|n-12 запоминают в момент времени tnи используют в следующем такте определения значений Rn (τ) (3) и измерения периода Tn ≈ Δtn. С tn-го по tn+1-й моменты времени аналогичным образом вновь измеряют амплитудные значения пар выборок.
Затем с учетом полученных значений Tn и Uсрn, определяют очередные текущие значения ρn+1, Uсрn+1 и измеряют новые текущие значения временного интервала Tn+1=tn+1-tn.
В характеристический момент времени tn+1 равенства единицы нормированной автокорреляционной функции, т.е. при ρn+1=1, запоминают соответствующие значения Tn+1 и Uсрn+1.
Итерационный процесс измерения значений амплитуд выборок, временных интервалов и средних значений гармонического сигнала за эти интервалы времени повторяют аналогичным образом N раз до получения требуемой точности измерений.
После окончания N тактов измерений о значении периода гармонического сигнала судят по выражению
Tx= Tncp = (n-1) + T / n , (8) где n=1, 2, 3, ..., N - число тактов измерений;
Tn-1 - среднее значение предыдущих n-1 результатов измерений;
Tnср - среднее значение N результатов измерений,
Tn=tn-tn-1 - текущее n-е значение периода.
При повторном определении периода гармонического сигнала в качестве То и Uo используют полученные значения Tnср (8) и Umср (6), т.е. Тo=Tnср, U02= U2mср.
В отличие от известных в предложенном техническом решении повышение точности достигается за счет исключения влияния высших гармоник, случайных помех и шумов на результат определения периода. Это обеспечивается путем такой обработки мгновенных значений исследуемого сигнала, при котором определяются дополнительные информативные параметры сигнала - Rn(τ), M|Ui|n2 и | Ucp| 2n-1. По ним определяют совокупный информативный параметр ρxx(τ), который статистически достоверно характеризует границы временных интервалов Δ ti ≈ Ti. В отличие от известных способов, в предложенном текущие значения информативных параметров обрабатываются по алгоритмам текущего усреднения, которые обеспечивают уменьшение случайной составляющей погрешности измерения в N раз.
Кроме того за "меру", характеризующую границы временных интервалов Δ tn, выбрано равенство единицы нормированной автокорреляционной функции гармонического сигнала.
Повышение точности определения периода достигается также за счет предварительного задания значений То, Uo и τ и использования измеренных значений Tnср и U2mср в последующих тактах измерений. Такая итерационная процедура дополнительно обеспечивает повышение точности. Если известные способы обеспечивают повышение точности определения периода за счет статистической обработки в раз, то предложенный способ - в N раз. Все это отличает предложенный способ от известных.
Таким образом, предложенная совокупность и последовательность операций предложенного способа определения периода гармонических сигналов обеспечивает достижение цели изобретения.
Формула изобретения: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА, заключающийся в использовании статической меры для оценки периода гармонического сигнала, выделении и текущем усреднении n временных интервалов Δti ограниченных сверху и снизу характеристическими моментами времени, статистически достоверно характеризующими границы временных интервалов и длительностью, близкой или равной периоду гармонического сигнала, т.е. Δti ≃ Ti, где i = 1, 2, 3 ..., отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве статистической меры для оценки периода используют нормированную автокорреляционную функцию исследуемого сигнала, до выделения характеристических моментов времени выбирают частоту дискретизации fд гармонического сигнала, в 1,8 · 101 - 3,6 · 103 раз большую частоты его основной гармоники, генерируют периодическую последовательность пар коротких импульсов, следующих в моменты времени ti и ti+τ с частотой дискретизации fд и сдвинутых относительно друг друга на интервал времени τ = TR/m, в m раз меньший (m = 1 - 100) периода Tk k=й (k ≅ 16) высшей гармонической составляющей исследуемого сигнала, дискретизируют гармонический сигнал периодической последовательностью пар коротких импульсов, измеряют амплитудные значения пар выборок Vi = U (ti) и Ui,τ= U(ti+τ) из гармонического сигнала, задают априори значения Tn-1 периода основной гармоники гармонического сигнала и его среднее значение Uср n-1= Uo, ctn-1 по tn моменты времени дискретно определяют с учетом значений Ui, Uir, τ Tn-1 и Uср n-1 текущие значения ρn нормированной автокорреляционной функции, средние значения Vср n гармонического сигнала и измеряют текущие значения временного интервала Tn = tn - tn-1, в характеристический момент времени tn равенства единицы нормированной автокорреляционной функции, т.е. при ρn= 1 запоминают значения Tn и Vср n, с Tn-го по tn+1-й моменты времени аналогичным образом вновь измеряют амплитудные значения пар выборок, определяют с учетом полученных значений Tn и Vср n, очередные текущие значения ρn+1, Uср n+1 и измеряют новые текущие значения временного интервала Tn+1 = tn+1 - tn, в характеристический момент времени tn+1 равенства единицы нормированной автокорреляционной функции, т.е. при ρn+1= 1 запоминают соответствующие значения Tn+1, Uср n+1 итерационный процесс измерения значений амплитуд выборок, временных интервалов и средних значений сигнала за эти интервалы времени повторяют аналогичным образом N раз до получения требуемой точности измерений.