книги / Спектральный подход к первичной обработке сигналов аналитических приборов
..pdfс т а в л е н и я он д о п о л н ен р еку р р ен тн ы м и п р о ц ед у р ам и |
( I ,3 7 а ) |
д л я |
||||||||||||
вы ч и сл ен и я с п е к т р а . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Р ассм о тр и м н е с к о л ь к о |
с л у ч а е в п р е д с т а в л е н и я |
типовы х |
с и г н а |
|||||||||||
л о в а н а л и т и ч е с к и х |
п р и б о р о в |
в |
СБС. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Д л я |
стац и о н ар н ы х сл учай н ы х |
п р о ц е с с о в |
и с и г н а л о в |
ï - r o |
к л а с |
|||||||||
с а , описы ваем ы х и |
оп р ед ел яем ы х |
моделью |
( В .4 ) , |
к о г д а |
сам |
с и г н а л |
||||||||
и е г о |
п р о и зво дн ы е |
равн ы нулю |
в н е и н т е р в а л а |
[ 0 , 71] |
и |
н а е г о г р а |
||||||||
н и ц а х , |
реш ение |
и н т е г р а л ь н о г о |
у р а в н е н и я |
( 1 . 3 9 ) |
и м еет |
в и д |
[ 3 2 ] |
|||||||
|
|
|
( ) = * * Г § Й г е х Р t i w t } d u > - |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
—©О |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Î . |
П усть |
п о м ех о в а я со ставл яю щ ая |
с и г н а л а |
( B . I ) |
а н а л и т и ч е |
|||||||||
с к о г о |
п р и б о р а п р е д с т а в л я е т |
белы й шум |
с |
о д н о сто р о н н ей сп ектр ал ь |
ной |
п л о тн о стью ( В . 1 4 ) и |
к о р р ел яц и о н н о й |
ф ункцией |
( В Л 5 ) . |
Т о гд а |
||||||||||
и з |
( Ï . 2 3 ) |
д и с п е р с и я с п е к т р а л ь н о й |
составляю щ ей б у д е т |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
a * = ( G 0/ a ) £ , ( A ) , |
|
|
|
|
( 1 . 4 з ) |
|||||
г д е |
Е ф ( к ) |
- |
э н е р г и я |
б а зи с н о й |
ф ункции . |
Из |
у р а в н е н и я |
( Î . 2 7 ) д л я |
|||||||
с и н т е з а |
СБС п олучи м |
ф ункции |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
t t ( M ) = ( G 0 / 2 ) ' V ( M ) - |
|
|
( 1 - 4 4 ) |
|||||||
Б ази сн ы е |
ф ункции |
{ y ( k , i ) f Ф ( к ,6 )} |
си н тези руем ы е |
и з |
полученны х |
||||||||||
f и ( к , Ь ) \ |
по ( Î . 3 2 ) , б у д у т р ав н ы : |
|
|
|
|
|
|||||||||
1 |
|
|
|
|
|
*-1 |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
Ф ( М ) = и ( М ) + 2 г . |
Ф ( г ^ ) = 2 С Л г ^ ( г , ^ , |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
7»=1 1КГ |
|
Р=1 |
|
|
|
|
|||
|
Э н ер ги я |
б а зи с н о й ф ункции |
Е ф (к ) д л я |
б е л о г о |
шума |
л е г к о оп |
|||||||||
р е д е л я е т с я : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Е ф { к ) = |
$ |
u 4 * , t ) d t |
+ |
|
|
S |
j , r < P(r, t ) d t |
+ |
||||||
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 4 5 ) |
У чи ты вая, |
ч то |
б а з и с |
|
|
|
Ф ( к ,6 ) } |
при |
белом |
шуме |
|
с а м о с о |
||||
п р я ж е н , |
с |
у ч ет о м |
( 1 . 2 9 ) |
и |
( Ï . 4 3 ) , |
находим |
|
|
|
|
|
S T î r £ ф ( ^ = V |
|
H k ’ m |
|
" < § b r |
|
|
|
|
|
|
( 1 . 4 6 ) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
2 . Для |
коррели рован н ого |
шума с |
функциями ко р р ел яц и и |
( В . 1 8) |
|||||||||||||||||
имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
d |
z f ( k , i ) |
|
|
|
( 1 . 4 7 а ) |
|||||
и ( м ; = . ( 2 < г * Т 0 ) ' ( f ( k , é ) - r { |
|
|
d t * |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
||||
u ( k , - z ) = т 0 [ 'м Г щ ( ш а + т „ 11) ] |
|
|
< * У ( М > |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 .4 7 6 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
+ 2 ( ( o z - |
г 0' г ) |
|
|
|
+ ( » * + |
ъ |
У |
f |
(*>*)]■ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
Д искретное |
п р ед ставл ен и е с и гн а л а |
в |
СБС |
р ассм о тр и м |
|
н а |
при |
||||||||||||||
мере |
одиночного |
г а у с с о в о го |
с и г н а л а |
с |
моделью |
( В . 5 ) : |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 4 8 ) |
|
причем |
|х0= р р ', |
р 0 , |
[Л |
- с р е д н е к в ад р а ти ч н а я |
ш ирина |
с и г н а л а и |
||||||||||||||||
м одели; |
A q - ам плитуда; |
l Q |
- |
полож ение |
с и г н а л а . Т о г д а |
д л я |
б е |
|||||||||||||||
л о го |
шума и |
единичной |
амплитуды м одели |
в с о о т в е т с т в и и |
с |
( 1 . 4 4 ) |
||||||||||||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Щ Ъ , ь) = ( Z /G q) e x p j - |
|
|
|
|
|
} » |
|
|
|
|
CI *4 9 ^ |
||||||||
а д л я коррели рован н ого шума |
при £ ( т ) , |
о п р ед ел яем о й |
по |
|
(В . 1 8 а ) |
|||||||||||||||||
» ( * , * ) = |
|
|
|
|
| r |
U ~ * k — |
) |
e x p { |
|
|
- |
|
|
I |
• 50) |
|||||||
Вид |
первых |
четы рех базисны х |
функций |
ср(А, Ь) |
|
д л я |
б е л о г о |
|
шума (а ) |
|||||||||||||
и шума с корреляционной ф ункцией |
(В .1 8 а ) |
( £ ) |
при |
г а у с с о в о й мо |
||||||||||||||||||
д ели |
с |
A l |
= |
0 ,7 2 р, |
п о к а за н |
н а |
р и с . З . |
Как |
с л е д у е т |
и з |
|
р и с у н к а , |
||||||||||
вид |
функции |
с |
ростом |
п о р я д к а |
А с т а б и л и з и р у е т с я , |
ч т о |
|
п о д т в е р |
||||||||||||||
ж д ается |
значениями коэф ф ициентов |
'у’жг в |
с т р о к а х |
м атрицы |
г |
(с м . |
||||||||||||||||
Приложение 4 ) : коэффициенты |
разн ы х |
с т р о к |
А > 1 0 , |
н а ч и н а я |
о т |
|||||||||||||||||
диагональны х |
эл ем ен то в , |
с т а н о в я т с я |
одинаковы м и . |
Т очн о |
|
т а к же |
||||||||||||||||
эн ер ги я |
функции при |
А > 10 |
и зм е н я е т с я |
н е з н а ч и т е л ь н о . |
|
С л е д о в а |
||||||||||||||||
т е л ь н о , рассм атриваем ы е |
СБС |
м огут |
о п р е д е л я т ь с я п ятью -сем ью к о |
|||||||||||||||||||
эффициентами |
|
взяты м и , |
н ап ри м ер, |
и з п о с л е д н е й |
с т р о к и . Обо |
|||||||||||||||||
значим |
эти |
коэффициенты |
п р о сто |
Т |
. Т о гд а ф орм улу ( 1 . 3 7 а ) |
мож |
||||||||||||||||
но п ер еп и сать |
в |
ви д е |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
m ) = y 0 a ) + E o 7 r r a + / - 6 ) , |
|
|
|
|
|
|
* > 1 ° - |
|
У словие |
|
к > 1 0 |
можно' в с е г д а о б е с п е ч и т ь , |
|
п олож и в, |
при |
н ео б х о |
|||||||
д и м о сти |
|
Y q ( à ) = 0 |
при |
к = |
0 , 1 , 2 , |
. . . , |
1 0 . |
В это м |
с л у ч а е и з |
|||||
( 1 . 4 6 ) |
с л е д у е т , |
ч т о |
э н е р г и я |
б а зи с н о й функции |
Е ф (г ) |
не |
з а в и с и т |
|||||||
о т к , т а к к а к в е л и ч и н а Е ф н е з а в и с и т о т и н д е к с а и |
|
|
||||||||||||
|
|
£ ф = |
Ът |
”- \ к |
, ъ ) < |
и / ( \ |
+ |
S |
j r |
) |
- |
|
|
( 1 - 52) |
Вид |
м атрицы |
т |
с о х р а н я е т с я |
такж е |
д л я |
д р у ги х форм |
с и г н а л а |
|||||||
( 1 . 4 8 ) |
и |
корреляц и он н ы х ф ункций |
ш ума, |
б у д у т |
и з м е н я т ь с я |
т о л ь к о |
||||||||
величины |
э л е м е н т о в |
м етрицы |
( с м . |
Приложение 4 ) . |
|
|
|
А налогичным с в о й с тв о м |
о б л а д а е т м атр и ц а коэф ф ициентов |
|
||||||||
с т о й лиш ь р а з н и ц е й , |
ч то |
ч и сл о значимых коэф ф ициентов р авн о 1 0 - |
|||||||||
20 |
( с м . |
П рилож ение 4 ) . |
Это |
о б с т о я т е л ь с т в о п о з в о л я е т |
у п р о с ти т ь |
||||||
вы раж ения |
д л я о п р е д е л е н и я |
Y (к ) по ( 1 . 3 7 6 ) : |
|
|
|
||||||
|
|
|
m |
|
) = |
E |
! ; j 1 ( h H 6 ) , |
|
( 1 -й ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
г = о |
|
|
|
|
|
г д е |
£ я= |
|
^ |
> |
Ï 6 . |
Выражение ( 1 . 3 5 ) |
такж е |
у п р о с т и т с я : |
|||
|
|
|
Г И W |
= i è o n k - r H e ) ^ / < r ^ ’ |
|
|
|||||
г д а |
|
|
|
щ ,г |
к |
> |
К - |
|
|
|
|
|
Д л я |
о б р а б о т к и с и г н а л о в |
в |
белом шуме п ри |
у ч е т е |
( Î . 5 2 ) |
и |
||||
( 1 . 4 3 ) |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 5 4 ) |
||
г д е |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для |
иллюстрации |
н а |
р и с . 4 |
п р и вед ен |
ви д |
с п е к т р а г а у с с о в о г о |
|||||||||||||||||||
с и гн а л а |
( 1 .4 8 ) при |
6 |
= |
I |
в СБС |
( а ) |
и |
|
СБС |
и |
( £ ) ., п о л у ч е н н о г о |
|||||||||||||||
по |
алгоритм ам |
( 1 . 5 1 ) ги |
( 1 . 5 4 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Полнота |
СБС |
о п р е д ел я е тс я |
с р е д н е к в ад р а ти ч н о й |
п о гр еш н о стью |
|||||||||||||||||||||
( 1 . 9 ) , |
ко то р ая в |
данном |
сл у ч а е |
за в и с и т |
о т |
ш ага |
к в а н т о в а н и я |
по |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сущ ественном у |
п а р а м е т р у |
_ |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П олучить |
н е п о с р е д с т в е н н о |
ф унк |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
циональную |
з а в и с и м о с т ь |
8 ( à l ) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з а т р у д н и т е л ь н о , |
п о это м у |
о н а |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н а х о д и тс я |
численны м и |
м ето д ам и |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по ( 1 . 9 ) с и с п о л ь з о в а н и е м с и н |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т е зи р о в а н н о й |
б а з и с н о й |
си стем ы . |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На р и с . 5 п о к а з а н а |
|
з а в и |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
си м о сть |
п огреш н о сти |
п р е д с т а в |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л е н и я г а у с с о в о г о си гн ал а ( 1 .4 8 ) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при |
|
Û = 1 ,1 |
в |
|
о т с у т с т в и е шу |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м а |
и ‘д р ей ф а |
в |
СБС |
по |
|
|
( 1 . 5 1 ) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(кривы е |
со |
светлы м и |
т о ч к а м и ) . |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Там |
же д л я |
с р а в н е н и я |
|
п р и в е д е |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ны кривы е |
( с |
темными |
т о ч к а м и ) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
погреш ности |
п р е д с т а в л е н и я |
в |
||||||||||||
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в и д е |
врем енны х |
о т с ч е т о в , |
в з я |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тых |
в т о ч к а х |
располож ения оп ор |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ных |
функций |
при |
А Ь = Д Ь . |
По |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лож ение |
с и г н а л а |
в с р а в н е н и и |
с |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
располож ением |
опорных |
|
ф ункций |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м н о го к ан ал ьн о й о б р а б о т к и х а |
||||||||||||||
_________ _ |
v |
J - L |
_____________ |
|
р а к т е р и з у е т с я |
смещ ением |
ц е н |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т р а |
п и к а о т н о с и т е л ь н о |
|
бли ж ай |
|||||||||||
|
|
|
|
Р и с .4 . |
|
|
|
|
|
шей |
|
опорной |
ф ункции : |
|
8 1 |
= |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
F r Q , ( { \ ( l Q |
- k 'à l ) / à l } . |
Сум |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м и рован и е |
в |
( 1 . 3 6 ) |
п ри |
в ы ч и с - |
||||||||||
лен и и |
у ( t ) |
|
вы полнялось |
по |
|
( |
сп ектральн ы м |
составл яю щ и м , |
||||||||||||||||||
содержащим |
информацию |
то л ьк о |
о ком п он ен тах |
с и г н а л а . |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Из |
ср ав н ен и я |
кривых |
р и с . 5 |
с л е д у е т , |
ч т о п о гр еш н о сти |
д и с |
|||||||||||||||||||
к р е т н о го |
п р е д ста в л е н и я |
в |
СБС |
и |
в ви де |
врем енны х |
о т с ч е т о в |
о т л и |
||||||||||||||||||
ч аю тся |
н езн ач и тел ьн о |
и |
в |
это м |
смысле |
|
р а в н о п р а в н ы . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
На |
р и с . 6 п оказан ы |
зави си м о сти |
с р е д н е к в а д р а т и ч н о й |
|
п о гр еш |
||||||||||||||||||||
н о сти |
о т |
отнош ения |
с и гн а л /п о м е х а { q ) |
|
н а в х о д е |
си стем ы |
о б р а б о т |
|||||||||||||||||||
ки |
у = А 0 / б ш |
ДЛЯ д в у х п р ед став л ен и й |
- |
в |
СБС |
(кр и вы е |
с |
темными |
||||||||||||||||||
то ч к ам и ) |
и |
временными |
о тсч етам и |
(кривы е |
с о |
светлы м и |
т о ч к а м и ) . |
Из р и с у н к а с л е д у е т , ч то д и с к р ет н о е п р е д с т а в л е н и е в с п е к т р а л ь
ной о б л ас т и т о ч н е е |
уже при |
q < |
20 (меньш е |
в е л и ч и н а |
е |
) . |
||
При |
численны х |
р а с ч е т а х |
по |
формулам |
( 1 . 9 ) и ( 1 . 3 6 ) |
и с п о л ь |
||
з о в а л а с ь |
вр ем ен н ая |
вы борка с |
Д Ь = 0 , 2 jx |
и з |
см еси |
с и г н а л /ш у м , |
причем о т с ч е т ы |
шума |
были |
|
н е к о р р е л и р о в а н ы .В рем енны е |
|||
о т с ч е т ы , |
н еобходи м ы е д л я |
||
вы ч и сл ен и я ошибки п р е д с т а |
|||
в л е н и я в о в р ем ен н о й |
о б л а |
||
с т и , в ы б и р ал и с ь и з |
э т о й |
||
вы борки с |
ш агом |
а Ь |
— а 1 - |
= 1}Z j-ь = |
S a t . |
П риведенны е |
|
кривы е п о зв о л я ю т |
с д е л а т ь |
е с т е с т в е н н ы й вы во д о т о м ,
ч т о с ум еньш ен и ем ш а га |
|
|
к в а н т о в а н и я т о ч н о с т ь |
д и с |
|
к р етн ы х п р е д с т а в л е н и й |
в о з |
|
р а с т а е т , а п р и |
н ал и ч и и |
ши |
р о к о п о л о с н о г о |
шума в ы со к о |
г о у р о в н я п р е д с т а в л е н и е в с п е к т р а л ь н о й о б л а с т и с т а н о в и т с я б о л е е ц е л е с о о б р а з ным, чем в о в р е м е н н о й . В п о с л ед н е м с л у ч а е д л я п о д а
в л е н и я э т о г о шума в |
о п е р а |
||||
ти в н о й |
п а м я ти |
у с т р о й с т в а |
|||
о б р а б о т к и |
п р и х о д и т с я х р а |
||||
н и т ь |
в |
L = A t r/A Ù |
— |
A l / A b |
|
р а з |
( в |
п р и вед ен н о м |
п ри м ер е |
||
А = |
6 ) |
больш е |
врем ен н ы х |
||
о т с ч е т о в . |
|
|
|
||
С игналы |
а н а л и т и ч е с к и х |
п р и б о р о в 2 - г о к л а с с а с т о ч
ки з р е н и я и х |
д и с к р е т н о г о |
|
п р е д с т а в л е н и я в |
СБС можно |
|
р а з б и т ь н а д в е |
больш ие |
|
гр у п п ы - п е р и о д и ч е с к и е |
и |
а п е р и о д и ч е с к и е (э к с п о н е н ц и
а л ь н ы е ) .
О диночный с и г н а л п е р в о й
гр у п п ы S ( b ) - п е р и о д и ч е с к а я ф у н к ц и я с и зм еняю щ ейся
в о в р ем ен и ам п л и ту д о й (о г и бающ ей) , н ап р и м ер в и м пуль с н о й Я М Р -сп ектроскоп и и - к о
с и н у с о и д а . П ер и о д и ч ески е
си гн а л ы р а з л а г а ю т с я в р я д Ф у р ь е , в с л е д с т в и е ч е г о мож н о р а с с м а т р и в а т ь к а к г а р м о -
нически х составляю щ их. |
|
Причем |
м одель |
о д и н о ч н о го |
г а р м о н и ч е |
||||||||||||||||||||
ск о го |
си гн ала |
б у д ет |
и м еть |
вид .ан алоги чн ы й |
( В .4 ) : |
|
|
|
$ ) |
* |
|||||||||||||||
= |
A (b, 9 ) e x p Q l t } . |
|
З д е сь сущ ественный |
п ар ам етр |
I |
о п р е д е л е н |
в |
||||||||||||||||||
д и с м е т н ы х |
то ч ках |
l —k ' â со . |
Д ля ум еньш ения |
о б ъ ем а |
|
вы чи слен и й |
|||||||||||||||||||
при |
решении |
уравн ен и я |
( 1 .2 7 ) |
заф иксируем |
п арам етры |
Q |
т а к , |
ч т о |
|||||||||||||||||
бы |
А(Ь, 0 ) |
= |
I . |
Только |
д л я |
с л у ч а я |
б е л о го шума а н а л о г и ч н о ' (1 .4 4 ) |
||||||||||||||||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Ь ) = ( Z / a 0 ) / ( А , Ь ) = { Z /G 0 ) e x p { j b à < j ù t } , |
|
|
|
|||||||||||||||||
Aù>—Z % /T . С лед овательн о, СБС д л я |
п ер и о д и ч ески х |
с и г н а л о в |
|
в |
|||||||||||||||||||||
случае белого |
шума |
(с |
учетом |
( 1 .4 3 ) и |
( Ï . 4 4 ) |
имеют в и д |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Ф (*> t ) |
= |
( 2 / G 0 ) e x p { j k |
|
- A œ t ) , |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
< K M |
) |
= |
(G0 / 2 ) e x p { - J * |
‘A o û t} |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
и |
образую т |
хорошо и зв е с т н ы й .б а зи с |
Ф урье. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
д е т |
|
Алгоритм |
вы числения |
обобщенных о т с ч е т о в |
в это м |
с л у ч а е |
б у |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Y0 W |
= $ |
y ( é ) и ? ( к , b ) d b — ( 2 / G 0 ) \ т у ( i ) e x p { - jk ‘A o>t}cU ,( 1 .5 6 a ) |
|||||||||||||||||||||||
ч то |
с |
точностью |
до |
кон стан ты |
с о в п а д а е т |
со |
сп ек тр о м |
Ф урье в |
е г о |
||||||||||||||||
к л асси ч еск о й ф орме. При |
р е а л и за ц и и |
н а |
|
ЭВМ п реобразован и е (1 .5 6 а ) |
|||||||||||||||||||||
прим ет ви д |
|
|
|
. |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Y ( k ) = j r ï |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ï .5 6 6 ) |
|||||||
|
|
|
О собенностью д и ск р етн о го |
п р е д с т а в л е н и я |
в |
СБС п е р и о д и ч е |
|||||||||||||||||||
ски х |
|
си гн ал о в |
я в л я е т с я |
возм ож ность |
и с п о л ь зо в а н и я |
в р е а л ь н о м |
|||||||||||||||||||
врем ени ал го р и тм о в |
бы строго |
п р е о б р азо в а н и я |
Ф урье |
(БП Ф ). |
Но |
в |
|||||||||||||||||||
р я д е |
с л у ч а е в , |
к о г д а э т о |
п р ео б р азо в ан и е |
о с у щ е с т в л я е т с я |
в о в т о |
||||||||||||||||||||
ричном м асш табе |
врем ени |
и к о гд а |
м ены пая |
д л и т е л ь н о с т ь |
о б р а б о т к и |
||||||||||||||||||||
в |
р е з у л ь т а т е прим енения БПФ н е |
и г р а е т |
|
су щ ествен н о й |
р о л и |
в |
о б |
||||||||||||||||||
щая |
б а л а н с е |
маш инного вр ем ен и , |
может |
п р о я в и т ь с я |
н е д о с т а т о к |
а л |
|||||||||||||||||||
го р и тм о в БПФ - |
н еобходи м ость х р ан и ть |
в |
о п ер ати вн о й |
п а м я т и |
всю |
||||||||||||||||||||
временную |
вы борку .П оэтому |
в |
п о сл ед н и е |
|
год ы |
в |
с в я з и |
с р о сто м |
в о з |
||||||||||||||||
м ож ностей |
вы чи сли тельн ой |
т е х н и к а ,о с о б е н н о |
в |
е е б ы с т р о д е й с т в и и , |
|||||||||||||||||||||
д л я |
с п е к тр а л ь н о го |
р азл о ж ен и я |
Ф урье |
и с п о л ь зу ю т ся а л го р и тм ы н е |
п о с р е д с т в е н н о г о д и |
с к |
р е т н о г о |
п р е о б р а зо в а н и я Фурье ( 1 .5 6 6 ) |
с вы |
||||
п олнением |
о п е р а ц и й |
в |
п а у з а х |
между временными о т с ч е т а м и . |
Приме |
|||
нение э т и х |
а л г о р и т м о |
в п о з в о л я е т |
такж е и зм е н я т ь |
ч и сл о ч асто тн ы х |
||||
к а н а л о в , |
и х |
ш ирину и |
р асп о л о ж ен |
и е в д и а п а з о н е |
ан али зи руем ы х |
ч а с т о т в за в и с и м о с т и о т с п е к т р а с и г н а л а , ч то п р и во д и т к б о л ее
эконом ичном у |
и сп о л ьзо в ан и ю |
п ам яти |
|
и а п п ар ату р ы |
в ц е л о м . |
|
|
|
||||||||||||||||
|
Одиночным |
с и гн а л о м |
д р у г о й группы |
2 - г о |
к л а с с а |
М одель |
(В .8)) |
|||||||||||||||||
я в л я е т с я э к с п о н е н ц и а л ь н а я |
ф ункция |
вр ем ен и |
|
|
|
А )= А е х р |
|
|
||||||||||||||||
Д ля |
б е л о г о |
шума у д о б н о |
п р и н я т ь в |
к а ч е с т в е |
и ( к , Т ) |
функцию |
|
в и д а |
||||||||||||||||
|
|
|
|
U ' ( k , 6 ) = ( Z / G 0) e x p { - t / ( k - A ' c ) } J |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
г д е л г = т т а х / N , |
Ь е [ О , Т ] . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Д л я реш ен и я |
з а д а ч и |
с и н т е з а ц е л е с о о б р а зн о |
|
в о с п о л ь з о в а т ь с я |
|||||||||||||||||||
п редлож ен н ой |
за м е н о й |
п ерем енны х в |
|
выходном |
с и гн а л е |
y ( t ) |
и |
мо |
||||||||||||||||
д е л и |
f i t ) |
|
[ 1 3 , |
2 8 ] . |
Положим |
é = T |
e |
o |
c p |
'Г = 7,е х р { - р } |
и |
ум |
||||||||||||
ножим у ( Ь ) |
и с о о т в е т с т в е н н о |
f i t ) |
н а Ь |
/ Т . |
В |
р е з у л ь т а т е д л я |
|
о п о р |
||||||||||||||||
ной |
ф ункции |
б у д ем |
и м еть |
и ( к , оо) = |
е х р |
е х р { - о б + к •Д р } — |
||||||||||||||||||
Д р = |
p //V } |
а |
€ |
(— о о л о о ) . |
|
Н етрудно з а м е т и т ь , |
|
ч то |
|
б л а г о д а р я |
||||||||||||||
за м е н е |
перем ен н ы х а п е р и о д и ч е с к и й |
с и г н а л |
2 - г о |
к л а с с а можно |
р а с |
|||||||||||||||||||
с м а т р и в а т ь |
к а к |
функцию |
р а з н о с т и а р г у м е н т о в , |
т . е . |
к а к |
с и гн а л |
||||||||||||||||||
1 - г о к л а с с а . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
4 . |
Ф ункция |
п р а в д о п о д о б и я вы борки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
с п е к тр а л ь н ы х |
составляю щ их |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
С т а т и с т и ч е с к и е |
м етоды |
о б р а б о т к и см еси |
п о л е зн о го |
с и г н а л а с |
|||||||||||||||||||
п ом ехой |
о сн о вы ваю тся |
н а |
а н а л и з е с о во к у п н о сти |
тг |
зн ач ен и й |
|
|
£ - й |
||||||||||||||||
вы борки |
и з |
э т о й |
с м е с и , |
образую щ их |
многомерный |
случайны й |
в е к т о р |
|||||||||||||||||
Yt* |
[ 5 ] . |
З а д а ч е й |
о б р а б о т к и |
я в л я е т с я п ри н яти е |
реш ения |
о |
н ал и |
|||||||||||||||||
чи и в вы б о р ке к о м п о н е н та п о л е зн о г о с и г н а л а и о ц е н к а е г о |
п а р а |
|||||||||||||||||||||||
м е т р о в . |
А лгоритмы |
т а к о й |
о б р а б о т к и |
с т р о я т с я |
н а |
о сн о в е п л о тн о с ти |
||||||||||||||||||
р а с п р е д е л е н и я |
в е р о я т н о с т е й |
W 'XYj) |
в е к т о р а |
Y ^ . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
В ек то р |
У I |
о б р а з о в а н сп ектральн ы м и |
составляю щ ими |
|
|
в и д а |
|||||||||||||||||
( 1 . 3 7 ) |
и ли |
( 1 . 4 1 ) |
и вк л ю ч ает |
кром е |
ч и сто |
сл у ч ай н о го в е к т о р а п о |
||||||||||||||||||
м ехи |
H i |
такж е |
и |
к в ази д етер м и н и р о ван н ы е |
в ек то р ы |
|
с и г н а л а |
|
|
и |
||||||||||||||
д р ей ф а |
|
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y i = V |
Hi + J V |
|
|
|
|
|
|
|
|
U - 5 7 ) |
||||||
П оэтом у |
в |
вы раж ение д л я |
функции |
|
|
долж ен |
в х о д и т ь |
ц е н тр и |
||||||||||||||||
ро ван н ы й |
в е к т о р |
с п е к тр а л ьн ы х |
составляю щ их |
Y * . |
|
Д ен т р и р о в а н и е |
это го в е к т о р а п р о и зво д и тся п у тем |
вы читания |
и з |
У^ |
м о д е л е й |
|
F (0 ) |
||||||||||||||||||||
и Frf . , |
параметры |
которы х |
п о сл е |
оценки |
и |
п р и н и м аю тся |
з а |
и с т и н |
||||||||||||||||||
ные |
зн ачен и я |
п арам етров |
с и г н а л а |
и |
д р е й ф а . С л е д о в а т е л ь н о , |
|
при |
|||||||||||||||||||
наличии |
п олезн ого |
с и гн а л а |
в е к т о р |
У- |
в ы р аж ается |
к а к |
У- = |
|
У |
- |
||||||||||||||||
- F ( 0 ) - F tf £ » |
а |
при |
о тс у т ст в и и |
с и г н а л а |
- |
к а к |
|
У = У ^ |
~ |
|
|
|
|
|||||||||||||
Т ак |
к а к |
м одель |
си гн ал а |
в с е г д а |
з а д а н а |
в |
п р е д е л а х |
вы б о р ки |
и |
с о |
||||||||||||||||
х р ан я ется |
неизменной |
о т |
вы борки |
к |
в ы б о р к е , |
и н д е к с |
у F ( 0 ) |
опущен |
||||||||||||||||||
|
Для построения функции |
п р авд о п о д о б и я буд ем |
п о л а г а т ь , |
|
ч то |
|||||||||||||||||||||
расп ределен и е случайного |
в е к т о р а |
У^ |
н о р м ал ь н о , |
т а к к а к |
в |
|
с о |
|||||||||||||||||||
о тветстви и |
с |
ц ен тральн ой |
п р ед ел ьн о й |
тео р ем о й |
|
п р е о б р а з о в а н и е |
||||||||||||||||||||
( Ï . 3 7 ) |
норм ализует |
шум. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Таким |
об разом , |
сп ектр ал ьн ы е |
составляю щ ие |
в |
СБС. н е к о р р е л и - |
||||||||||||||||||||
рованы |
и нормальны, |
ч то |
упрощ ает |
ви д |
функций |
п р а в д о п о д о б и я |
|
я |
||||||||||||||||||
п озво л яет |
в |
дальнейш ем |
с тр о и т ь |
б о л ее просты е |
ал го р и тм ы |
о б р а |
|
|||||||||||||||||||
б о тки . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Функция правдоподобия вы борки |
и з |
п |
с п е к тр а л ь н ы х |
с о с т а в |
|||||||||||||||||||||
ляющих в СБС при Н аличии |
п о л е зн о го |
с и г н а л а |
и |
е г о |
о т с у т с т в и и име |
|||||||||||||||||||||
е т со о тветствен н о |
ви д [ 5 ] : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
И |
Y;| е ) |
= |
[ ( 2 * f '* Д |
|
\ |
] - , е * р { - i |
( |
Y . - |
F ( 0 ) - |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
“ |
F r f , ) |
® |
( Y { — F ( ® ) - |
IJ({ )} > |
|
|
|
( 1 . 5 8 ) |
|||||||||||||
W ( \ \ 0 ) = [ ( 2 * Г П а * ] - ’ e x p { - i ( Yt - F J V ( Y r Ft f i ) } , |
|
|
||||||||||||||||||||||||
г д е |
B |
- |
д и аго н ал ьн ая |
к о р р ел яц и о н н ая |
м атр и ц а р а зм е р о м |
п х п |
с |
|||||||||||||||||||
элем ентам и |
2 5 ^ = 0 ^ ; |
( V |
F |
W |
|
- F |
J |
- |
в е к т о р - с т о л б е ц |
ц е н т р и р о |
||||||||||||||||
ванны х |
зн ачен и й спектральны х |
составляю щ их; |
( Y - F ( 0 ) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
транспонированны й, в е к т о р -с т о л б е ц |
(в е к т о р - с т р о к а ) ; |
|
к о о р д и н а ты |
|||||||||||||||||||||||
в е к т о р о в |
У *, |
F ( 0 ) |
и |
|
|
явл яю тся |
сп ектральн ы м и |
со ставл яю щ и |
||||||||||||||||||
ми |
в соответствую щ их б ази сн ы х |
|
с и с т е м а х . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
П ракти чески е |
алгоритм ы |
обнаруж ения |
и |
о ц е н и в а н и я |
и с п о л ь з у |
||||||||||||||||||||
ют |
логариф м |
отнош ения |
функций |
|
п р авд о п о д о б и я |
L y . ( $ ) |
, |
к о то р ы й |
||||||||||||||||||
д л я |
р ассм атр и в аем о го с л у ч а я |
с |
|
у ч ето м |
Cï .5 8 ) |
з а п и с ы в а е т с я |
к а к |
|
i y. ( 0 ) = F r ( ® )B " 1Yi - г F r( e ) B " V ( 0 ) - F T( e ) B - V d l. . ( î .5 9 )
В с к а л я р н о й ф орм е вы раж ен и я ( 1 . 5 8 ) и ( Î . 5 9 ) прим ут следующий п р о сто й в и д :
№ ( Y£ 1 0 г ) |
= |
|
( |
|
) / |
( |
1 е я р • ~ |
Y |
} Y i(k ) z ç t ' ® |
F d i( k ) ) * |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
7<=1 |
Vh* |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- F d i ( k ) ) ' |
|
||
|
|
Tb |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
* _ 1 |
|
|
|
|
|
‘■ Y ( ^ = T . - ^ r ( F ^ ) Y i W |
- j F i { k ,B ) - F ( k ,ü ) F d . ( k ) ) . |
( 1 .6 0 ) |
|||||||||||||||
1 |
fc= 1 |
|
*,* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При |
реш ении |
з а д а ч |
обн ар у ж ен и я |
и |
п о л у ч ен и я начальн ы х |
о ц е |
|||||||||||
н ок п а р а м е т р о в |
с и г н а л а |
с |
|
прим енением |
н еп реры вн ого |
с п е к т р а в |
|||||||||||
СБСИ п о |
( 1 . 4 2 ) |
в м е с т о |
л о га р и ф м а отнош ения п р авд о п о д о б и я |
( 1 .5 9 ) |
|||||||||||||
и с п о л ь з у е т с я |
л о га р и ф м |
ф у н к ц и о н ал а |
отнош ения |
п равдоп одоби я . |
|||||||||||||
Яг ( 0 ) |
: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i y I y - I o ) |
- l ü i B . D Y ^ D d l - |
|
||||||||
|
|
|
|
п ~ * оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
- т j a c e , 1 ) F „ ( в , 1 ) м - $ а л 1 ) г к Л ( 1 ) Ы ! , |
|
|
( 1 > я ) |
||||||||||||||
г д е п е р е м е н н а я |
I |
|
и м е е т |
смы сл |
п а р а м е т р а р а з в е р т к и . |
функция |
|||||||||||
û ( 0 , Ь) о п р е д е л я е т с я и з и н т е г р а л ь н о г о у р ав н ен и я |
|
|
|
||||||||||||||
= Р и ( 0 , |
t ) |
, |
|
, |
п р и ч ем |
|
|
|
- ко р р ел яц и о н н ая |
ф ункция |
поме |
||||||
х о в о й со ставл яю щ ей |
н еп р ер ы вн о го с п е к т р а ; |
( 0 ) |
- |
с п е к т р мо |
|||||||||||||
д е л и с и г н а л а |
• |
в С БС „. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Ml |
вы б ора |
п ар ам етр о в а л го р и тм о в |
обнаруж е |
||||||||
Д л я о б о с н о в а н н о г о |
|||||||||||||||||
н и я и о ц е н и в а н и я |
с |
и с п о л ь зо в а н и е м логари ф м а |
отнош ения п р а в д о |
||||||||||||||
п о д о б и я необходи м о |
з н а т ь |
|
е г о |
с т а т и с т и ч е с к и е |
х а р а к т е р и с т и к и .Д ля |
||||||||||||
э т о г о и с с л е д у е м |
вы раж ения |
( 1 . 6 0 ) и |
( 1 .6 1 ) - В |
них |
исходны й спектр |
||||||||||||
с о д ер ж а т |
т о л ь к о |
п ер вы е |
ч л е н ы , |
о стал ьн ы е д етер м и н и р о в ан ы . |
По |
||||||||||||
это м у р а с см о тр и м |
б о л е е |
п одробн о первы е члены |
э ти х |
|
вы раж ен и й . |
||||||||||||
В вед ем о б о з н а ч е н и я : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м т |
= t < |
z F ( K i ) Y i ( k ) , |
( 1 . 62) |
1 |
к=1 |
Л |
|
M u i ( 6 ) = l a ( 6 , l ) Y i ( l ) d l . |
|
||
|
i* |
|
|
И спользуя ( 1 . 5 7 ) , |
можно |
н ап и сать; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C l .6 3 а ) |
Аналогично |
д л я непреры вного |
с л у ч а я : |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 6 3 6 ) |
В выражениях |
(Ï .6 3 ) . |
S , Н |
и |
Æ |
- |
с о о т в е т с т в е н н о |
с и г н а л ь н а я , |
|||||||||
помеховая и дрейф овая |
составляю щ и е. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Рассмотрим случай |
обнаруж ения с и г н а л а , |
а |
такж е |
о ц е н к и о д |
||||||||||||
ного п арам етра |
0 . |
С ледует’ о т м е т и т ь , ч т о ’ в |
н екоторы х |
с л у ч а я х |
||||||||||||
многомерное |
оценивание может |
быть |
с в е д е н о |
к |
одном ерном у |
п у тем |
||||||||||
независим ой |
оценки |
каж дого |
п а р а м е тр а при |
ф иксированны х |
д р у г и х . |
|||||||||||
В ч а с т н о с т и , |
э то |
можно с д е л а т ь |
при н еобходи м ости |
о ц ен ки |
э н е р |
|||||||||||
г е т и ч е с к о го |
и н е э н е р ге т и ч е с к о го |
п ар ам етр о в |
( с м . |
д а л е е ) . |
|
|||||||||||
При ди скретной |
н екоррели рован н ой вы борке |
( с м . |
( ï . 6 3 a ) про |
|||||||||||||
ц е с с # ( 0 ) |
п р ед ставл ен скалярными |
п р о и звед ен и ям и |
|
н е с л у ч а й н о й |
||||||||||||
в е с о в о й функции и случайных 'ф лу кту ац и й |
сп ек тр ал ьн ы х |
с о с т а в л я ю - |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
f\y |
|
|
щих, которы е |
н о сят |
нормальный х а р а к т е р . |
П оэтом у |
Я ( 0 ) - |
такж е |
|||||||||||
нормальный |
проц есс |
с н улевы м .м атем ати чески м |
ож иданием , |
к о р р е |
||||||||||||
ляционной |
функцией |
и д и с п ер с и е й : |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 . 6 4 а ) |
< ЖЬ в ) > = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Аналогичные |
вы кладки |
д л я с л у ч а я ( Î . 6 3 6 ) |
п р и в о д я т к с л е д у |
|||||||||||||
ющим выражениям |
д л я корреляц и он н ой функции |
и д и с п е р с и и |
п о м ех о |
во й составляю щ ей: