Способ построения частотного анализатора квазистационарных сигналов

Автор(ы): Колоколов А.С., Любинский И.А., Яхно В.П.

Выпуск: 78

Рубрика: Анализ и синтез систем управления

Год: 2019

Библиография: Колоколов А.С., Любинский И.А., Яхно В.П. Способ построения частотного анализатора квазистационарных сигналов // Управление большими системами. Выпуск 78. М.: ИПУ РАН, 2019. С.106-121. URL: https://doi.org/10.25728/ubs.2019.78.5

Дата опубликования: 31.03.2019

Ключевые слова: обработка сигналов, спектральный анализ, гармонический и речевой сигналы, уровень пульсаций

Аннотация: Предложен способ частотного анализа полигармонических сигналов на основе частотно-временной обработки спектрального паттерна. В предложенном способе нахождение амплитудного спектра осуществляется в два этапа. На первом этапе оценивается амплитудный спектр анализируемого сигнала с помощью гребенки цифровых полосовых фильтров с сильно перекрывающимися частотными характеристиками. Для нахождения амплитудного спектра выходные сигналы полосовых фильтров выпрямляются и сглаживаются низкочастотными фильтрами. На втором этапе производится обработка полученного спектра с помощью однослойной сети из нейроподобных элементов с задержанными латеральными тормозными связями. Применение такой сети позволяет улучшить характеристики частотного анализатора, а именно, при заданной точности и частотном разрешении существенно уменьшить как пульсации спектральной огибающей, так и время анализа, что делает возможным анализ более коротких сигналов. Работоспособность предложенного способа была проверена на примерах анализа гармонического и речевого сигналов для случая использования гребенки цифровых полосовых фильтров второго порядка с равными относительными полосами пропускания и центральными частотами, равномерно расставленными в логарифмической шкале частот. Такой выбор параметров фильтров частотного анализатора обеспечивал равную точность анализа гармонических составляющих исследуемого сигнала.

Author(s): Kolokolov A., Lubinsky I., Yachno V.

Article title: A method for constructing a frequecy analyzer of quasi-stationary signals

Issue: 78

Year: 2019

Keywords: signal processing, spectrum analyzer, harmonic and speech signal, level of pulsation

Abstract: A method for frequency analysis of polyharmonic signals based on the time-frequency processing of the spectral pattern is proposed. The amplitude spectrum is determined in two steps in the proposed method. The amplitude spectrum of the analyzed signal is estimated by a comb of digital bandpass filters with highly overlapping frequency characteristics at the first stage.In order to find the amplitude spectrum, the output signals of the bandpass filters are rectified and smoothed by lowpass filters. At the second stage, the obtained spectrum is processed using a single-layer network of neural-like elements with delayed lateral inhibitory connections. The use of such a network allows to improve the characteristics of the frequency analyzer, namely, for a given accuracy and frequency resolution, to significantly reduce both the spectral envelope pulsations and the analysis time, which makes it possible to analyze shorter signals. The performance of the proposed method was tested with examples of harmonic and speech signal analysis for the case of using a comb of second-order digital bandpass filters with equal relative bandwidths and central frequencies evenly spaced on a logarithmic frequency scale. Such a choice of filter parameters of a frequency analyzer ensured equal accuracy of the analysis of the harmonic components of the signal under study.