книги / Спектральный подход к первичной обработке сигналов аналитических приборов
..pdfл а , |
р е з у л ь т а т о м |
к о т о р о г о |
я в л я ю т с я врем енны е |
о т с ч е т ы . Э то |
- |
т а к |
|||||||||||||
н азы ваем ы й |
вр ем ен н о й |
с п е к т р |
[ з ] , |
которы й п о л у ч а е т с я |
и з |
( 1 . 3 ) п ри |
|||||||||||||
у с л о в и и , |
ч т о взаим ны й |
б а з и с |
е с т ь ^ -ф у н к ц и я , |
|
т . е . |
|
|
|
|
||||||||||
|
При |
о гр ан и ч ен н о м |
ч и с л е |
т а к и х коэф ф и ц и ен тов |
п р е д с т а в л е н и е |
||||||||||||||
с и г н а л а |
в с е г д а |
п р и б л и ж ен н о , |
п о это м у р а в е н с т в о |
( 1 . 1 ) |
б у д е т |
|
т о ч |
||||||||||||
ным |
т о л ь к о |
при |
А/ = с о . |
П риближ енное |
п р е д с т а в л е н и е |
с и г н а л а |
б у |
||||||||||||
д ем |
о б о з н а ч а т ь |
ч е р е з |
|
л , |
т о г д а (1 .1 ) |
можно п е р е п и с а т ь |
в ви д е |
||||||||||||
|
|
|
|
|
З ш |
|
= I ï s ( * ) 4 ( * , t ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
л = 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ошибка д и с к р е т н о г о |
п р е д с т а в л е н и я |
- р а с с т о я н и е |
в п р о с т р а н |
|||||||||||||||
с т в е |
L.% |
меж ду |
с и гн а л о м |
s ( t ) |
и е г о приближ ением |
s ' a ) , |
т . е . |
||||||||||||
£ |
|
= |
|
] |
/ |
= y T 4 f a t ) - % S ( k W * , t f d é . |
( 1 . 9 ) |
||||||||||||
Д л я |
о р т о г о н а л ь н о й си стем ы |
б ази сн ы х функций |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
6 |
= |
-\Jps |
- |
£ s |
\ t ) P |
4 ( h ) , |
|
|
|
|
( I . I d ) |
|||
г д е |
PS = T |
|
|
|
- |
м ощ ность |
с и г н а л а , Р ^ ( к ) = Е ^ ( Ю |
/ Т - |
мощ |
||||||||||
н о с т ь б а зи с н о й |
ф у н кц и и . |
Из |
вы раж ения |
( 1 . 1 0 ) |
с л е д у е т |
н е р а в е н с т |
|||||||||||||
в о |
Б е с с е л я : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Р . > ^ Ь г ( Ш А ) . |
|
|
|
|
( Ï . I D |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
к - \ |
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
N = о о |
ош ибка |
|
е —* * 0 . |
У величение р а зм е р н о с ти |
N п р о с т |
|||||||||||||
р а н с т в а |
о з н а ч а е т , ч т о |
с и г н а л |
п р о е к т и р у е т с я н а |
в с е больш ее |
|
ч и с |
|||||||||||||
л о |
ко о р д и н атн ы х о с е й |
в с л е д с т в и е |
б о л ее |
п л о тн о го |
р асп о л о ж ен и я ба |
||||||||||||||
зи сн ы х ф ун кц и й . |
В п р е д е л е |
д и скретн ую |
переменную |
А |
можно |
з а м е |
|||||||||||||
н и ть |
н а |
непреры вную |
п ерем ен н ую , |
об озн ачи м е е |
|
ч е р е з |
Ь ( 1 & L ) . |
||||||||||||
Т о г д а |
б а з и с |
б у д е т ф ун кц и ей |
д в у х |
перем енны х : |
Ç ( t , I |
) , |
а |
вы ра |
|||||||||||
ж ен и я |
( I . I ) |
и ( 1 . 3 ) |
принимаю т ви д |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
s ( t ) = \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 .1 2 ) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
tl/j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S ( l ) = \ r s ( t ) ! Z ( t , l ) d t . |
|
|
|
|
( i .1 3 ) |
З д е сь S ( l ) |
им еет смысл с п е к тр а л ь н о й п л о т н о с т и , а ф ункции |
|
|||||
и 3 |
{ t , l ) |
являю тся базисны м |
и взаимным |
базисны м |
яд р ам и к |
о т в е |
|
чаю т |
условиям |
|
и |
( J 'j b ) d i * |
|||
= 8 ( б ~ 1 ) , |
причем 8 ( i ) - |
^ -ф у н к ц и я . Д ля сам о д у ал ьн ы х |
ядер |
||||
сп р авед ли во |
!*(£ , Ь) = 3 U , 0 * |
|
|
|
|||
|
С вязь |
между непрерывным ( 1 . 1 3 ) и |
ди скретн ы м ( 1 . 3 ) |
с п е к |
|||
трами можно |
п о л у ч и ть, есл и |
п о д с т а в и т ь |
в ( 1 . 1 3 ) |
в м е с т о S ( t ) его |
|||
выражение |
и з |
( 1 . 1 ) . Т о гд а |
|
|
|
|
т *=1 О бозначая интерполирующий о п е р а то р ч е р е з
Т
получим
N
S ( l ) = Z S ( k ) K ( k t b). k = i
( 1 . 1 4 )
( 1 . 15)
|
|
Этот оп ер ато р может быть |
н ай д ен |
н е п о с р е д с тв е н н о и з |
( 1 .1 4 ) , |
||||||||||||
есл и |
|
и зв е с тн о |
взаи м н ое б а зи с н о е яд р о |
2 ( М |
) , |
или |
п у тем |
реш е |
|||||||||
ния |
и н тегр ал ьн о го у р авн ен и я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Ç ( M ) = $ К ( к , 1 ) Щ 1 № , |
|
|
|
|
( Ï . I 6 ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п олучен н ого |
и з |
( 1 .1 4 ) |
умножением н а |
б а зи с н о е |
яд р о |
|
|
и ин |
|||||||||
тегр и р о ван и ем |
по |
I . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
При |
н еи звестн о м |
взаим ном |
б ази сн о м я д р е |
S U , |
Ь ) |
о п р е д е л е |
|||||||||
ние |
с п е к т р а |
S ( l ) |
п р о и зв о д и т ся |
по |
уравнению |
( 1 . 1 2 ) . |
В |
р е а л ь |
|||||||||
ных |
у сл о ви ях |
реш ение |
э т о г о |
у р авн ен и я |
в с л е д с т в и е ош ибок |
в и зм е |
|||||||||||
рении |
S { t) |
и |
огран и чен и я п р ед ел о в |
и н те гр и р о в а н и я |
м ож ет |
п р и в е |
|||||||||||
с ти |
к |
появлению |
|
больших о тклон ен и й |
о т истинны х з н а ч е н и й в о п р е |
||||||||||||
д ел ен и и |
S ( l ) . |
Поэтому н а х о д и тс я приближ енное |
р е ш е н и е, |
у с т о й |
|||||||||||||
ч и во е |
к |
указанны м дестабилизирую щ им |
ф ак то р ам , |
п у тем |
р е г у л я р и |
||||||||||||
зац и и |
[ 3 1 ] . |
Это |
|
д о с т и г а е т с я |
с |
помощью н ек о то р о й |
фильтрующ ей |
||||||||||
функции |
ÿ ( t , x ) |
, |
вводим ой в |
левую |
ч а с т ь у р а в н е н и я |
( 1 . 1 2 ) : |
|||||||||||
|
|
|
|
|
J J ( T ) q ( b ,% ) d % |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
В о сп о л ьзо в ав ш и сь |
взаим ны м |
бази сн ы м |
|
яд р о м |
2 ( £ , Ь), |
а н а л о ги ч н о |
|||||||||||||
( 1 . 1 5 ) |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
S ( l ) = |
Z S ( A ) / < b ( t , l ) . |
|
|
|
|
.1 7 ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
k = i |
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
З д е с ь /T p ( A ,i) |
- |
р е гу л я р и зо в а н н ы й |
интерполирую щ ий |
о п е р а т о р . Ана |
|||||||||||||||
л о ги ч н о |
CI .1 6 ) |
е г о |
можно |
п о л у ч и т ь |
и з реш ения |
и н т е г р а л ь н о г о у р ав |
|||||||||||||
н ен и я |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
$ |
Ç ( A ,T ) $ r ( é ,T ) û f T r |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 1 8 ) |
||||||
|
В |
за в и с и м о с т и |
о т в и д а |
ф ункций |
|
Ç(V, 1 ) t |
реш ение у р а в н е н и я |
||||||||||||
( 1 . 1 8 ) |
можно |
п р о в о д и т ь |
с |
помощью |
линейных, и н тегр ал ьн ы х |
п р е о б |
|||||||||||||
р а з о в а н и й |
ф у р ь е , |
Л а п л а с а |
и ли М елли н а. |
В ч а с т н о с т и , |
д л я с и г н а |
||||||||||||||
л о в |
1 - г о |
к л а с с а , |
в о с п о л ь зо в ав ш и с ь |
п р е о б р азо в а н и ем |
Ф у р ье, |
п олу |
|||||||||||||
чим |
A p ( A ,c o ) = Ç ( A ,ü > ; $ r ( f c ) ) /ç ( a ) ) , |
|
г д е /Гр (А ,оо), |
Ç ( o ) \ |
£ г(со ), |
||||||||||||||
Ç(A,oo) |
- сп ек тр ы |
ф урье |
со о тветствую щ и х |
функций |
у р а в н е н и я ( Ц Б ) . |
||||||||||||||
У ч и ты вая , |
ч т о |
д л я с и г н а л о в |
1 - г о |
к л а с с а |
£ (A ,to )= |
^(cojexpf-Jk -A l’CoJ, |
|||||||||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/Гр ( А ) = |
дг(со) e x p { - jw k - A l} . |
|
|
( 1 .1 9 ) |
|||||||||
С табилизирую щ ий |
м нож итель |
ffiçS) в ы б и р а е т с я |
в |
за в и с и м о сти |
о т ти |
||||||||||||||
п а |
ф ункции |
^ ( |
t |
, I |
) и |
р я д а |
д р у г и х |
|
ф а к т о р о в , |
|
п ер ечи сл ен н ы х в |
||||||||
р а б о т е |
[ 3 1 ] . |
Можно |
р е к о м е н д о в а т ь |
следующие типы э т и х множителей: |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
| с о |^ к / д Ь , |
( ï . 2 0 a ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
У1 С‘- ) = |
{ J |
|
п ри \ с о \ > я / Д 1 ; |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
^ ( C ü ) |
= |
e |
x p { |
- « |
!1« 2 } , |
|
|
|
( 1 .2 0 6 ) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
( c j ) _ |
|
I Ç |
W |
I * |
|
|
|
|
( 1 .2 0 b ) |
|||
|
|
|
|
|
|
^ 3 |
|
|^ ( o ) ) |a + 0 6 A /(cü )* |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
З д е с ь об - к о н с т а н т а (п а р а м е т р р е г у л я р и з а ц и и ); M (O ùj - н е к о т о - |
||
рый п о л и н о м , в |
On |
г - п р о и зв о л ь н о е |
простейш ем с л у ч а е /7 (с о )= со ; |
||
п о л о ж и тел ьн о е |
ч и с л о . |
|
Т аким о б р а з о м , б а з и с н а я с и с т е м а долж на |
у д о в л е т в о р я т ь р я д у |
|
т р е б о в а н и й : |
|
|
|
|
|
1) |
быть |
линейно |
н е за в и с и м о й , |
т . е . |
не долж но |
|
с у щ е с т в о в а т ь |
|||||||||||||||||||
р а в е н с т в а |
|
|
|
|
|
|
|
( а - п р о и зв о л ь н а я к о н с т а н т а ) ; |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
2 ) |
си стем а |
|
{ Ç ( * , £ ) } |
долж на |
бы ть |
у п о р яд о ч ен н о й , т . е . |
каж |
|||||||||||||||||||
д а я |
и з функций |
|
должна |
со д ер ж ать |
номер |
|
(и н д е к с , |
у к а з а т е л ь ) , |
по |
||||||||||||||||||||
зволяющий о п р ед ел и ть, |
к а к а я |
и з |
них |
преды дущ ая, |
а к а к а я |
п о с л е |
|||||||||||||||||||||||
дующая; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
3 ) |
базисны е |
функции должны |
бы ть |
зад ан ы |
н а |
том |
же |
и н т е р в а |
|||||||||||||||||||
л е |
|
Ь , н а котором |
о п р ед ел ен а ф ункция |
s ( é ) |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
4 ) |
базисны е |
функции должны |
и м еть |
конечную |
эн е р ги ю : £ ç (fc )< |
|||||||||||||||||||||
< о о |
|
или мощность Р ^ ( к ) < о о ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
5) |
д л я достиж ения |
минимума |
6 2 |
ж е л а т е л ь н о , ч то б ы |
б ази сн ы е |
|||||||||||||||||||||
функции |
н а и н тер вал е |
их |
о п р ед ел ен и я у д о в л е т в о р я л и |
|
у сл о ви ю |
|
ор |
||||||||||||||||||||||
то го н ал ьн о сти ; |
|
если же |
по к аки м -л и б о |
причинам |
э т о у с л о в и е |
не |
|||||||||||||||||||||||
вы п олн яется, |
то |
должен |
су щ ество в ать |
взаим ны й |
б а з и с |
2 |
( А , £ ) , |
||||||||||||||||||||||
удовлетворяющий |
условию |
взаи м н ой о р то г о н а л ь н о с т и |
( 1 . 5 ) ; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
6) |
т а к к а к |
|
больш инство |
рассм атр и ваем ы х |
с и г н а л о в |
н еп р ер ы в |
||||||||||||||||||||
но ( т . е . заданы |
|
во в с е х |
то ч к а х |
п ерем ен н ой |
i |
или |
в |
о ч е н ь |
б л и з |
||||||||||||||||||||
ких |
т о ч к а х , и |
погреш ностью |
к в а н т о в а н и я |
можно |
п р е н е б р е ч ь ) , |
|
то |
||||||||||||||||||||||
б ази сн ая |
си стем а |
|
такж е |
долж на |
с о с т о я т ь |
и з |
непреры вны х |
ф ункций; |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
7) |
|
д л я разлож ен и я |
з а д а н н о г о |
м н ож ества |
с и г н а л о в |
вы б р ан н ая |
||||||||||||||||||||
б а зи сн а я |
си стем а |
должна быть |
п о лн ой : |
ч и сл о функций |
в |
|
си с те м е |
||||||||||||||||||||||
должно |
быть |
равн о |
р азм ер н о сти |
р а с см а тр и в ае м о го |
м н о ж ества сигна |
||||||||||||||||||||||||
л о в |
( к |
тако й |
полной си стем е н е л ь з я |
д о б а в и т ь |
ни |
од н ой новой |
функ |
||||||||||||||||||||||
ц и и , к о т о р а я |
была |
бы |
о р то го н а л ь н а |
(взаи м н о |
о р т о г о н а л ь н а ) |
одн о |
|||||||||||||||||||||||
врем енно |
ко |
всем |
д руги м функциям; |
д л я |
полной |
о р т о г о н а л ь н о й |
си |
||||||||||||||||||||||
стемы |
функций |
и |
N = о о |
н е р а в е н с тв о |
Б е с с е л я |
( I . Ï I ) |
п р евр ащ а |
||||||||||||||||||||||
е т с я |
в |
р а в е н с т в о , с л е д о в а т е л ь н о , |
м ерой |
полноты |
си стем ы |
|
может |
||||||||||||||||||||||
Служить |
|
величина |
|
б 2 , |
т . е . |
д л я |
любЬго |
|
6 2 |
> |
0 |
и с и г н а л а |
S ( é ) |
||||||||||||||||
и м еется |
|
так о е |
N Q, ч то |
Б2 |
< 8 2 |
|
при |
yVQ > N |
, |
э т о о з н а ч а е т , |
что |
||||||||||||||||||
вели чи н а |
погреш ности |
может |
быть |
вы бран а |
с к о л ь |
у го д н о |
м ал о й |
пу |
|||||||||||||||||||||
тем увели чен и я |
|
ч и сл а |
коэф ф ициентов |
р азл о ж ен и я |
з а д а н н о й |
функции |
|||||||||||||||||||||||
S |
U |
) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 . |
|
Сигнальные базисны е |
систем ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Д искретное |
|
п р ео б р азо в ан и е |
вы ходного |
с и г н а л а |
а н а л и т и ч е с к о |
||||||||||||||||||||||
го |
прибора y { t ) |
|
будем |
р а с с м а т р и в а т ь |
к а к |
р азл о ж ен и е |
в и д а |
|
( 1 . 1 ) |
||||||||||||||||||||
непреры вного |
с и г н а л а |
н а |
конечном |
врем енном |
и н т е р в а л е |
по |
с и с т е - |
ме |
непреры вны х |
ф ункций |
{ ^ ( к , t ) } . |
С о во ку п н о сть |
коэф ф и ц и ен тов |
|||||||||||||||
т а к о г о |
р азл о ж е н и я |
я в л я е т с я д и скретн ы м |
а н а л о го м |
с и г н а л а |
- |
е г о |
||||||||||||||
с п е к т р о м . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Можно |
п р и в е с т и |
м н ого |
примеров, |
си с те м |
б ази сн ы х функций, удо |
|||||||||||||
влетворяю щ их т р е б о в а н и я м , |
п еречи слен н ы м |
в |
ко н ц е цредыдущ его |
п а |
||||||||||||||||
р а г р а ф а |
и |
обеспечиваю щ им |
н еобходи м ое |
р азл о ж ен и е у (Ь ) .О ц н а к о |
и з |
|||||||||||||||
в с е г о |
и х м н о го о б р а зи я ц е л е с о о б р а з н о |
вы б р ать т а к и е |
ф ун кц и и , |
к о |
||||||||||||||||
торы е о т в е ч а л и |
бы |
некоторы м доп олн и тельн ы м |
у с л о в и я м , |
вы текаю |
||||||||||||||||
щим |
и з |
х а р а к т е р а |
о б р а б о т к и вы ходн ого |
с и г н а л а а н а л и т и ч е с к о г о при |
||||||||||||||||
б о р а . |
Это |
преж де |
в с е г о |
м ак си м ал ьн о е |
повышение |
отнош ения |
с и г н а л / |
|||||||||||||
/п о м е х а |
в |
с п е к т р а л ь н о й |
о б л а с т и ; |
н ек о р р е л и р о в а н н о с ть коэффициен |
||||||||||||||||
т о в р а з л о ж е н и я . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Вы полнение |
э т и х тр е б о в а н и й |
п о зв о л и л о |
бы у п р о с т и т ь |
а л г о |
||||||||||||||
ритмы |
о б р а б о т к и |
и |
улучш ить к а ч е с т в о |
получаем ы х |
о ц е н о к . |
|
|
|||||||||||||
|
|
О бозначим |
такую |
с и с т е м у |
б ази сн ы х |
ф ункций |
ч е р е з |
{ < р (Л , £ ) , |
||||||||||||
Ф ( М ) } |
Чтобы |
в |
п р о с т р а н с т в е , н атян у то м н а |
бази сн ы е |
ф унк |
|||||||||||||||
ц и и , ком поненты |
с и г н а л а |
были |
различимы ми |
( ж е л а т е л ь н о - р а з д е л е н |
||||||||||||||||
н ы м и ), |
б ази сн ы е |
функции |
должны з а в и с е т ь |
о т |
су щ ествен н о го п а р а |
|||||||||||||||
м е т р а |
I . |
В д и с к р ет н о м |
п р е о б р а зо в а н и и |
с и с т е м а |
б ази сн ы х |
функций |
||||||||||||||
з а в и с и т |
о т |
кван то ван н ы х |
зн а ч е н и й |
п а р а м е т р а |
l = |
k ’A l . |
В еличина |
|||||||||||||
к |
о п р е д е л я е т ном ер |
ф ункции и |
в в е д е н а |
в |
е е |
о б о зн а ч е н и е |
в к а ч е |
|||||||||||||
с т в е п а р а м е т р а . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
М акси м и зац и я отнош ения с и г н а л /п о м е х а |
в с п е к т р а л ь н о й о б л а |
|||||||||||||||||
с ти |
п р е д п о л а г а е т , |
ч т о каж д ая |
в за и м н а я |
б а з и с н а я |
ф ункция |
Ф ( А ,t ) , |
||||||||||||||
с помощью |
к о т о р о й |
по |
вы раж ению , |
ан ало ги ч н о м у ( 1 . 3 ) , |
в ы ч и сл я ет |
|||||||||||||||
с я с п е к т р |
с и г н а л а |
S ( k ) , |
долж на |
у д о в л е т в о р я т ь |
уравнению |
с о г л а |
||||||||||||||
с о в а н н о й ф и льтр ац и и |
[ 5 ] : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
$ Д ( * ,х ) Ф ( А ,т ) d r = /* (* ,i ) , |
|
|
|
( ï . 2 i) |
|||||||||||
г д е |
|
|
|
- м о д ел ь |
с и г н а л а |
по |
( В . 4 ) , у |
к о т о р о го |
н екоторы й |
|
||||||||||
( к а к |
мы покаж ем |
ниж е, сущ ествен н ы й ) |
п ар ам етр l = k ' A l ; A l - |
ш аг |
||||||||||||||||
к в а н т о в а н и я по о си I . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Из |
( Ï . 2 I ) |
с л е д у е т , |
ч то функции |
|
( k t i ) 9 к = 1 > 2 , |
|
|
т а к |
||||||||||
же |
к а к |
и функции |
Ф ( А , £ ) , должны |
о б р а зо в ы в а ть |
упорядоченную |
по |
||||||||||||||
зн ач ен и я м |
к - A l |
с и с те м у |
( т . е . |
о б р азо ван ы |
сд ви го м |
н а |
A l |
м одели |
||||||||||||
с и г н а л а |
по |
о си |
I |
) |
при |
ф и кси рован н ом |
н а |
н еко то р о м уровне ( т о ч |
||||||||||||
н е е , |
н а |
у р о в н е |
п а р а м е т р о в |
с и г н а л а ) |
в е к т о р е |
о стал ьн ы х |
п а р а м е т |
р о в . К ак п р а в и л о , в с л е д с т в и е ко н еч н о й д л и т е л ь н о с т и с и г н а л а с у -
щ ественны й п ар ам етр вх о д и т |
в м одель» описывающую |
с и г н а л , н ел и |
|||||
н ей н о . Поэтому |
с и с те м а функций |
б у д е т так ж е |
л и н ей н о |
||||
н езави си м о й . |
|
|
|
|
|
|
|
Н екоррелированность коэф ф ициентов |
д о с т и г а е т с я п р и |
к а н о н и |
|||||
ческом |
разлож ении |
сл у чай н о го п р о ц е с с а |
у ( Ь ) [ 3 0 ] . |
К а н о н и ч е ск о е |
|||
разлож ен и е о б е с п е ч и в а е т с я , |
е сл и б ази сн ы е ф ункции |
|<р(А ,£),Ф (А ,£)} |
|||||
удовлетворяю т уравнению |
|
|
|
|
|||
|
tf(k , « |
= |
S ( i , X ) < P ( k ,t) d x , |
|
C I . 22) |
||
г д е |
6 * = |
| J |
3 ( t , t ) 9 ( k , t ) 9 ( k t t ) d t < i 'C , |
|
( 1 . 2 3 ) |
6 j. |
им еет смысл д и сп ерси и А -й |
||
|
С равнивая |
выражения ( I . 2 Ï ) |
|
у д о влетворен и я |
обоих |
у казан н ы х |
|
Ь ) |
и базисом |
if { к , |
t ) долж на |
м ость |
|
|
с п е к т р а л ь н о й с о с т а в л я ш ц е й . |
|
|||
и ( Ï . 2 2 ) , |
можно |
в и д е т ь , ч т о |
д л я |
|
тр е б о в а н и й |
между |
ф ункциям и |
/* (А , |
|
су щ еств о в ать л и н е й н а я |
з а в и с и |
|
|
|
|
f { k , t ) = 6 * q ( k , t ) - |
|
|
|
( 1 - 2 4 ) |
||||||||
Т о гд а по |
( Ï . 4 ) |
взаимный |
б а зи с |
Ф ( |
А , t ) |
б у д е т р а в е н |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
. |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 2 5 ) |
|
П о д став л яя в это выражение |
f ( |
L t |
t ) |
и з |
( 1 . 2 1 ) , |
п олучи м |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
A |
N |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф ( М ) = 7 а г 1 & Л я и , т ) Ф ( ь , т ) < * т . |
|
( Ï . 2 6 ) |
||||||||||||
|
|
|
|
о * |
t e |
* 1 |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С л ед овательн о, |
б а зи с н а я |
с и с те м а |
функций |
(< р (А ,£ ); Ф ( А ,£ ) } |
п о |
|||||||||||
зволяю щ ая |
о б есп еч и ть |
со гл асо ван н у ю ф ильтрацию |
и н е к о р р е л и р о |
|||||||||||||
ван н о сть |
спектральны х |
о т с ч е т о в , |
долж на у д о в л е т в о р я т ь |
у р а в н е н и |
||||||||||||
ям ( 1 .2 4 ) |
и |
( Ï . 2 6 ) . |
В ч а с т н о с т и , |
искомым реш ением я в л я е т с я |
б а |
|||||||||||
зи с н а я с и с т е м а , о б р а зо в а н н а я |
собственны м и |
ф ункциями |
у р а в н е н и я : |
|||||||||||||
|
|
|
а . { ф ( М |
) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
обеспечиваю щ ая |
р а зл о ж е н и е, |
и з в е с т н о е |
к а к |
р а зл о ж е н и е |
К а р у н е н а - |
|||||||||||
•Лоэва [ 4 ] . |
При |
это м |
|
|
образую т ди аго н ал ьн у ю |
м атр и ц у с |
э л е |
|||||||||
м ентам и |
|
|
fi. |
Это |
п р и в о д и т , |
к а к |
с л е д у е т и з ( Ï . 2 5 ) и (1 .2 4 ). |
|||||||||
к то м у , ч то |
взаимны й |
б а з и с |
о к а з ы в а е т с я |
ли н ей н о |
с в я за н н ы м с |
м о |
||||||||||
делью с и г н а л а |
f ( |
k |
, t ) , |
а |
з н а ч и т , |
с и с т е м а ф ункций |
|
|
долж на о б р а з о в а т ь сам одуальн ы й б а з и с . О днако р е а л ь н ы е си гн алы
а н а л и т и ч е с к и х п р и б о р о в , а з н а ч и т , и хt м о д е л и ,т а к и м св о й с тв о м н е
о б л а д а ю т . С л е д о в а т е л ь н о , п о с т р о и т ь |
базисную си стем у, у д о в л е т в о |
||||||||||||||||
ряющую о д н о в р е м е н н о •обоим |
тр е б о в а н и я м , |
н ево зм о ж н о . |
|
|
|
|
|||||||||||
|
Н айдем |
б а з и с , б л и зк и й |
к |
о п ти м ал ьн о м у . Д ля |
э т о г о |
введ ем с и |
|||||||||||
с т е м у |
л и н ей н о н езави си м ы х |
ф ункций |
{ w ( A ,£ ) } , |
удовлетворяю щ их |
|||||||||||||
у р авн ен и ю , ан ал о ги ч н о м у |
( I . 2 I ) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
l r B ( t , T ) u ( k , % ) d t = f ( k , t ) , |
|
|
|
( 1 . 2 7 ) |
||||||||||
и |
н а и х о с н о в е п о стр о и м |
с и с т е м у б ази сн ы х функций |
{(р( |
к |
, t ), |
Ф Ц , |
|||||||||||
Ь |
) } , |
удовлетворяю щ их условию |
( Ï . 2 2 ) , |
во сп о л ьзо в ав ш и сь |
п р о ц е |
||||||||||||
д у р о й , |
а н а л о ги ч н о й о р т о го н а л и за ц и и |
по |
Грамму - |
Шмидту |
(1 .6) |
[3 0 ] . |
|||||||||||
Положим, ч то |
Ф (1 , t ) |
= u ( 1 , t ) . |
Т о гд а |
<р( 1 , Ь ) |
в ы ч и с л я е т с я |
|
по |
||||||||||
( Î . 2 2 ) и ( Î . 2 3 ) п ри |
к = Ï и и з в е с т н о й Ф ( 1 , £ ) : |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
<Р(1, Ь ) = |
|
|
|
|
|
|
^ т - |
|
|
|
|
|
|
|
З а т е м п о л а г а е м , ч т о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Ф ( 2 , t ) |
= |
u ( Z , t ) + Y |
z 1 < P (1, £ ) , |
|
|
|
|
|
|
|||||
г д е и з |
о б е с п е ч е н и я у с л о в и я |
взаи м н о й о р т о го н а л ь н о с т и |
Ф ( 2 , Ь) |
и |
|||||||||||||
(р(1, Ь) |
коэф ф и ц и ен т |
у |
в ы б и р ае т ся |
равны м : |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
В т о р а я |
ф ункция |
<р(2, Ь) |
н а х о д и т с я |
а н а л о ги ч н о |
по |
|
( 1 . 2 2 ) |
и |
||||||||
( Ï . 2 3 ) |
п ри |
к = |
2 и |
и з в е с т н о й |
Ф ( 2 , t ) |
. П родолжая процедуру |
д а |
||||||||||
л е е , получим |
д л я |
к - й ф ункции |
Ф ( k jt) |
вы раж ение |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
+ Z j k r < P ( n O , |
|
|
|
( I , 2 8 ) |
г д е г = —^ ( k }b ) ( f ( r , t ) d t = - ^ r ^ ^ (к > х )Ф (г ,% )и х , к > г , ( 1 . 2 9 )
|
fp |
|
|
р |
rp |
|
|
|
|
a <jp(ir»,t) |
о п р е д е л я е т с я |
n o ( î . 2 2 ) |
с |
у ч ет о м |
( 1 . 2 3 ) , |
( 1 . 2 8 ) . |
|
||
О тм етим , ч т о в с л у ч а е |
ко м п л ексн о й |
си стем ы ф ункций { u ( k , i j \ |
|||||||
п о л у ч а е м |
ком плексны й |
б а з и с |
и в |
( 1 |
. 2 9 ) |
с л е д у е т п о д с т а в л я т ь |
вм е |
||
с т о |
ко м п л ексн о -со п р яж ен н у ю |
с н ей |
функцию |
(p * (r, t ) . |
Е сли |
си стем а |
функций |
{ u - ( M ) } |
|
о р т о г о н а л ь н а , |
т о , е с т е с т в е н н о , |
jr |
= |
||||||||||||||||||
= 0 и Ф (Л ,£ ) = и ( к , Ь ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
И ногда удобно им еть |
не |
р е к у р р е н т н о е , |
к а к |
( Ï . 2 8 ) , |
а |
я в н о е |
|||||||||||||||||||
выражение |
функций |
Ф (к ,Ь ) |
ч е р е з |
функции |
u ( r , t ) |
. При э т о м |
Ф ( к ,$ |
||||||||||||||||||
можно |
п р ед стави ть |
в |
в и д е , аналогичном |
( 1 . 7 ) |
|
и |
( 1 . 8 ) : |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф ( М ) = Х З £ , |
U ( r , i ) , |
|
|
|
|
|
( 1 .3 0 ) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г - 1 |
ЛГ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
гд е |
|
|
|
|
|
|
к г |
ï |
|
|
|
|
|
IP |
|
|
|
|
|
|
( Î . 3 I ) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Г |
= г |
|
; |
£ |
л A |
= |
4 . |
Из |
|
п ри веден н ой процедуры |
в ы т е к а - |
||||||||||||||
^ k 7k~t |
вл,АН |
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
____ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
е т , что |
выбор функций |
|и ( Л , £ ) , |
А = 1, /V] о д н о зн ач н о |
о п р е д е л я е т |
|||||||||||||||||||||
искомую |
базисную |
с и с те м у . Учитывая специф ику |
е е |
о п р е д е л е н и я , на |
|||||||||||||||||||||
зовем |
э т у |
систем у |
си гн альн о й |
б ази сн о й |
си стем о й |
(С Б С ). |
|
|
|
||||||||||||||||
|
Таким об р азо м , |
<р(А, Ь) |
и |
Ф ( й ,£ ) |
|
н а о сн о в ан и и (1 .2 2 ), |
(1.28) |
||||||||||||||||||
и ( 1 .3 0 ) |
будут им еть |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ф а д = « ( * , « + ! т „ г Ф М = 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ft |
|
|
|
|
|
|
|
( Ï . 3 2 ) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= - ^ r s |
|
z k r f ^ , D , |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
к |
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к |
Г ~ ' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гд е |
|
|
и |
|
оп ред еляю тся |
по |
( Ï . 2 9 ) |
и |
( Ï . 3 Ï ) , |
а |
и ( А ,6 ) |
я в |
|||||||||||||
л я е т с я |
решением |
у р авн ен и я ( Î . 2 7 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Найдем |
д а л е е ' у с л о в и я , |
при |
которы х |
СБС |
п о з в о л я е т у в е л и ч и т ь |
|||||||||||||||||||
р азд ел ен и е ком п он ен тов. |
В с л у ч а е |
налож ения |
ко м п о н ен то в |
с и г н а |
|||||||||||||||||||||
л о в п ервого |
к л а с с а |
улучш ения |
|
их |
р а зд е л е н и я |
можно д о с т и г н у т ь , е с |
|||||||||||||||||||
ли опери ровать с "истинным" |
си гн ало м |
|
|
|
|
|
являю щ имся |
реш е |
|||||||||||||||||
нием |
и н тегр ал ьн о го |
у р авн ен и я |
|
(В . 1 2 ) . |
Т ако е |
р а з д е л е н и е можно |
н а |
||||||||||||||||||
з в а т ь |
р азд ел ен и ем путем |
"о б о с тр ен и я " |
к о м п о н е н то в , |
наблю даемы х |
|||||||||||||||||||||
в смеси y ( i ) , в |
р е з у л ь т а т е |
ч е г о |
мелщу |
|
нами |
о б р а з у е т с я |
б о л е е |
||||||||||||||||||
или м ен ее заметный |
минимум |
н а |
оси |
р а з в е р т к и |
t . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Д ля |
реш ения |
у р авн ен и я |
(В . 1 2 ) |
в о с п о л ь зу е м с я |
б а з и с н о й |
|
с и |
|||||||||||||||||
стем ой |
функций |
|
{< р(А ,£ ), |
|
|
4 ) } • |
При |
это м |
полож им , |
|
ч т о |
||||||||||||||
|
|
— |
|
|
|
П ерейдем |
к и н тегр ал ьн о м у |
р а зл о ж е н и ю ,а н а л о |
|||||||||||||||||
гичному |
( I . Ï 2 ) , |
( Ï . Î 3 ) . |
При |
это м |
|
|
|
|
|
|
|
Н а зо в ем |
б а |
||||||||||||
зисную |
си стем у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-С Б С И, |
и |
е е |
д и с к р е т |
||||||||
ный а н а л о г - |
СБС„ „ . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Умножим |
у р а в н е н и е |
( В . 1 2 ) |
с л е в а |
и |
с п р а в а н а |
соп ряж ен н ое б а |
|||||||||
з и с н о е я д р о |
|
Ь) и , с ч и т а я и н т е р в а л и н т е гр и р о в а н и я ^ д о с т а |
|||||||||||||
то ч н о больш им, |
получим |
д л я |
в х о д н о го |
с и г н а л а |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
4 , ( 4 ) = J s ( t ) 4 ( i , l ) d t . |
|
|
Cl .3 3 ) |
||||||||
И с п о л ьзу я |
д и скр етн ы й |
а н а л о г и н т е г р а л ь н о г о |
п р е д с т а в л е н и я |
||||||||||||
( 1 . 1 3 ) |
в |
д и ск р етн ы х |
т о ч к а х |
су щ ествен н о го |
п а р а м е т р а Ь = к '& 1 , п о |
||||||||||
лучим |
с п е к т р |
в х о д н о го |
с и г н а л а |
в с и стем е |
ф ункций |
|
|
||||||||
|
|
|
S M( k ) = l T S ( m ( K t ) d t . |
|
|
( ï . 3 4 ) |
|||||||||
П ер ех о д |
и з |
( к ) |
к |
S ^ ( l ) |
п р о и зв о д и т с я и н тер п о л и р о ван и ем |
||||||||||
по ф орм уле ( 1 . 1 7 ) . |
Чтобы |
н е |
о п р е д е л я т ь |
взаим ны й |
б а зи с t y ( k , t ) , |
||||||||||
ц е л е с о о б р а з н о в о с п о л ь з о в а т ь с я |
СБС. Д ля |
э т о г о п о д стави м в |
( 1 .3 4 ) |
||||||||||||
з н а ч е н и е |
s ( i ) |
|
в СБС ( с м . |
( 1 . 1 ) ) . Т о г д а , |
с у ч ето м ( 1 .3 2 ) |
|
|||||||||
|
S H{ k ) = \ Ч ! ( М ) S S |
U |
|
) = £ S U ) Y ( к , i) ; |
|
|
|||||||||
|
|
|
"T |
|
l= i |
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 .3 5 ) |
|
|
|
|
|
|
{ О |
при |
i < |
к . |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
S i k / a t |
ПРИ |
* > * • |
|
|
|
||||
3 .П р е д с та в л е н и е с и г н а л о в |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
в си гн ал ьн ы х |
б ази сн ы х |
с и с те м а х |
|
|
|
|
||||||||
С помощью |
СБС |
( 1 . 3 2 ) |
вы ходной |
с и гн а л а н а л и т и ч е с к о г о |
п р и - |
||||||||||
б о р а y { t ) |
может |
бы ть п р е д с т а в л е н в |
ви де |
ли н ей н ой |
ком би нации: |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y ( t ) = £ У (* )Ч > (М ), |
|
|
я -3 6 ) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
А=1 |
|
|
|
|
|
|
|
г д е Y (k ) - с п е к т р с и г н а л а ; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* н |
|
|
У « ) = 5 T y W 9 ( k , i ) d t = Y0 (к ) + S |
|
•3 7 а ) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
или |
|
|
|
|
|
|
Г=1 |
Ш |
, |
|
( 1 .3 7 6 ) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
к г |
0 |
’ |
|
|
|
||
г д е в е л и ч и н у |
YQ( r ) |
н а зо в е м |
обобщенным |
о т с ч е т о м : |
|
|
Убедимся в то м , |
ч то |
сп ектр ал ьн ы е составляю щ ие |
н е к о р р е л и |
||
рованны . Д ей ств и тел ьн о , |
имеем (д л я |
ц е н тр и р о в а н н о го |
с л у ч а й н о |
||
го п р о ц е с с а ): |
|
|
|
|
|
< Y ( k )Ÿ (m ) > = |
5Jr < y ( i ) y ( x ) > |
< P (k ,t) Ф ( т , x ) d t |
d x |
= |
С помощью |
СБСИ выходной |
с и гн а л а н а л и т и ч е с к о г о |
п р и б о р а у ( Ь ) |
мо |
||||||||||||
жет |
быть |
п р ед ставл ен |
в |
ви д е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
y ( t ) |
= |
l L Y { 1 ) <р(£, l ) d l 9 |
|
|
|
( 1 .3 9 ) |
||||||
гд е |
Y (L) |
- непрерывный |
с п е к т р с и г н а л а : |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Y { b ) — \ T y ( b ) ^ { b t l ) d b . |
|
|
|
( ï .4 0 ) |
||||||||
Квантованный с |
шагом |
д Ь |
с п е к т р в |
СБСД и |
о п р е д е л я е т с я |
а н а л о |
||||||||||
ги чн о |
( Ï . 3 4 ) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
YVi( k ) = |
[ ^ y Ç t ) 4 ( k ,i ) c U . |
|
|
|
Cï .4 1 ) |
|||||||
|
|
С учетом |
( I . I 7 ) |
можно |
п о л у чи ть |
п р а к ти ч е с к и й |
а л г о р и т м |
д л я |
||||||||
о п р ед ел ен и я непреры вного |
с п е к т р а по |
д и ск р етн о м у |
а н а л о г у : |
|
||||||||||||
|
|
|
|
Y ( l) = £ Y ( m j h , l ) , |
|
|
|
|
( 1 . 4 2 ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
л=1 |
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
гд е К р ( к ,1 ) о п р е д е л я е т с я по ( 1 . 1 9 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Полученные вы раж ения |
( ï . 3 6 ) - ( î . 4 I ) я в л я ю тс я |
п р а к ти ч е с к и м и |
||||||||||||
алгоритм ам и д и ск р етн о го |
п р е д ст а в л е н и я поступаю щ ей |
в о б р а б о т к у |
||||||||||||||
см е с и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
В указанны е формулы |
в х о д я т элем енты |
м атр и ц |
|
о р т о г о н а л и з а - |
||||||||||
ции |
|
у и |
£ , которы е си н тези р у ю тся з а р а н е е , |
с |
и с п о л ь зо в а н и е м |
|||||||||||
универсальны х |
ЭВМ при р а з р а б о т к е |
м а т е м а т и ч е с к о го |
о б е с п е ч е н и я |
|||||||||||||
по |
априорным данным |
о |
м одели ком п он ен та |
с и г н а л а |
и к о р р е л я ц и о н |
|||||||||||
ной |
функции ш ума. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Формула |
( Ï . 3 8 ) |
д л я |
о п р ед ел ен и я |
обобщ енного |
о т с ч е т а |
я в л я |
||||||||
е т с я |
хорошо и звестн ы м |
алгори тм ом |
работы |
с о г л а с о в а н н о г о |
ф и л ь тр а |
|||||||||||
или |
ко р р еляц и он н ого |
п р и ем н и к а . Однако в |
з а д а ч е д и скр етн о го п р е д - |