JP4098740B2

JP4098740B2 - Signal identification method and signal identification apparatus

Info

Publication number: JP4098740B2
Application number: JP2004089028A
Authority: JP
Inventors: 茂義河原井; 健悟菊池
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP2005274403A

Description

本発明は、減衰正弦波信号の識別を簡単な構成で行うための技術に関する。 The present invention relates to a technique for identifying an attenuated sine wave signal with a simple configuration.

例えば、センサ等の出力信号を処理する各種装置、例えば振動や衝撃等を検出する装置では、指数関数で減衰する正弦波（以下減衰正弦波という）と他の波形の信号とを識別することが必要となる場合がある。 For example, in various devices that process output signals such as sensors, for example, devices that detect vibrations or shocks, it is possible to distinguish a sine wave that is attenuated by an exponential function (hereinafter referred to as an attenuated sine wave) from signals of other waveforms. It may be necessary.

減衰正弦波は、周波数が一定の正弦波を指数関数で変調したものであり、その特徴となる値はその一定周波数と減衰係数である。 The damped sine wave is obtained by modulating a sine wave having a constant frequency with an exponential function, and the characteristic values are the constant frequency and the attenuation coefficient.

一般的に入力信号が一定周波数ｆの正弦波であるか否かを識別する方法として、その周波数を通過中心周波数とする狭帯域の帯域通過フィルタに識別対象の信号を入力し、そのフィルタに出力があれば、入力信号を周波数ｆの正弦波信号と判定することができる。 In general, as a method for identifying whether or not an input signal is a sine wave having a constant frequency f, a signal to be identified is input to a narrow-band bandpass filter whose frequency is the center frequency of the pass and is output to the filter. If there is, the input signal can be determined as a sine wave signal of frequency f.

したがって、そのフィルタの出力信号を包絡線検波し、検波波形が指数関数であるか否かを調べることで、入力信号が減衰正弦波であるか否かを把握できる。 Therefore, it is possible to grasp whether or not the input signal is an attenuated sine wave by performing envelope detection on the output signal of the filter and checking whether or not the detected waveform is an exponential function.

しかしながら、前記したように、入力信号が正弦波であるか否かの判定を狭帯域の帯域通過フィルタを用いて行う方法では、識別対象の周波数が多数ある場合にその周波数毎にフィルタを設ける必要があり、構成が複雑化する。また、入力する信号自体の波形が正弦波でなく、多数の周波数成分が含まれていて、その周波数成分の一つが周波数ｆに等しい場合でも、フィルタから正弦波が出力されてしまう。 However, as described above, in the method of determining whether or not the input signal is a sine wave using a narrow-band bandpass filter, it is necessary to provide a filter for each frequency when there are many identification target frequencies. And the configuration becomes complicated. Further, even when the waveform of the input signal itself is not a sine wave and includes a large number of frequency components, and one of the frequency components is equal to the frequency f, a sine wave is output from the filter.

これを防ぐために、上記帯域通過フィルタと、所望の周波数成分だけを大きく減衰させ、他の周波数成分を通過させる帯域除去フィルタとを併用し、被測定信号を２つのフィルタに入力したとき、帯域通過フィルタの方だけに信号出力があれば正弦波と判定する構成も考えられるが、この場合には、周波数毎に２つのフィルタが必要で、これを周波数分用意する構成となり、さらに構成が複雑化する。 In order to prevent this, when the band pass filter is used in combination with a band elimination filter that greatly attenuates only the desired frequency component and allows other frequency components to pass through, the measured signal is input to the two filters. If there is a signal output only to the filter, it is possible to consider a sine wave. In this case, however, two filters are required for each frequency, and this is a configuration that prepares for each frequency, further complicating the configuration. To do.

また、フィルタの出力信号の包絡線を検波し、その検波信号が指数関数になっているか否かを判定する処理も煩雑となる。 Further, the process of detecting the envelope of the output signal of the filter and determining whether or not the detected signal is an exponential function becomes complicated.

本発明は、上記問題を解決し、簡単な構成で減衰正弦波の識別を行うための技術を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above problems and provide a technique for identifying a damped sine wave with a simple configuration.

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の信号識別方法は、
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する段階と、
時系列に隣り合う３組の各特徴値について、前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とを算出する段階とを含み、
前記前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とが等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別している。 In order to achieve the object, the signal identification method of claim 1 of the present invention comprises:
Obtaining an instantaneous amplitude value of the signal under measurement every predetermined time as a sample value;
Calculating a difference between a product of preceding and succeeding sample values and a square of an intermediate sample value as a feature value for each set of three consecutive sample values for the acquired sample value sequence;
For each of the three sets of feature values adjacent in time series, the step of calculating the product of the feature values of the preceding and succeeding sets and the square of the feature value of the intermediate set,
Whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave is identified by determining whether or not the product of the feature values of the preceding and following sets is equal to the square of the feature value of the intermediate set.

また、本発明の請求項２の信号識別方法は、
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する段階と、
時系列に隣り合う２組の各特徴値の比を算出する段階とを含み、
前記時系列に隣り合う２組毎に得られる特徴値の比が等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別している。 The signal identification method according to claim 2 of the present invention includes:
Obtaining an instantaneous amplitude value of the signal under measurement every predetermined time as a sample value;
Calculating a difference between a product of preceding and succeeding sample values and a square of an intermediate sample value as a feature value for each set of three consecutive sample values for the acquired sample value sequence;
Calculating a ratio between two sets of feature values adjacent to each other in time series,
Whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave is identified by determining whether or not the ratio of the characteristic values obtained for every two pairs adjacent in the time series is equal.

また、本発明の請求項３の信号識別方法は、
被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する５つのサンプル値Ｘ(k) 、Ｘ(k-1)
、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) 、Ｘ(k-4) の組毎に、次式
Ｘ(k)＝[Ｘ(k-1)^２−Ｐ]／Ｘ(k-2)
ただし、
Ｐ＝[Ｘ(k-2)^２−Ｘ(k-1)・Ｘ(k-3)]^２／[Ｘ(k-3)^２−Ｘ(k-2)・Ｘ(k-4)]
が成立するか否かを判定する段階とを含み、
前記式の成立が連続するか否かを判定することにより、前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別している。 The signal identification method of claim 3 of the present invention is:
Obtaining an instantaneous amplitude value of the signal under measurement every predetermined time as a sample value;
Five sample values X (k), X (k-1) that are continuous in time series with respect to the acquired sample value sequence
, X (k−2), X (k−3), and X (k−4), the following formula X (k) = [X (k−1) ² −P] / X (k−2) )
However,
P = [X (k-2) ^2- X (k-1) .X (k-3)] ² / [X (k-3) ^2- X (k-2) .X (k-4)]
Determining whether or not
Whether or not the signal to be measured is an attenuated sine wave is identified by determining whether or not the above equation is established.

また、本発明の請求項４の信号識別装置は、
被測定信号を所定周期でサンプリングして、デジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する第１の演算部（２２）と、
時系列に隣り合う３組の各特徴値について、前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とを算出する第２の演算部（２６）と、
前記第２の演算部によって得られた前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とが等しいか否かを判定する判定手段（３０）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別することを特徴としている。 A signal identification device according to claim 4 of the present invention is
An A / D converter (21) that samples a signal under measurement at a predetermined period and outputs a digital sample value sequence;
Of the sample value sequence output from the A / D converter, for each set of three consecutive sample values in time series, the difference between the product of the previous and subsequent sample values and the square of the intermediate sample value is a feature value. A first calculation unit (22) that is calculated as
A second calculation unit (26) that calculates a product of the feature values of the preceding and succeeding sets and a square of the feature value of the intermediate set for each of the three sets of feature values adjacent in time series;
Determination means (30) for determining whether or not the product of the feature values of the preceding and following sets obtained by the second arithmetic unit and the square of the feature value of the intermediate set are equal;
Whether the signal under measurement is an attenuated sine wave is identified based on a determination result of the determination unit.

また、本発明の請求項５の信号識別装置は、
被測定信号を所定周期でサンプリングして、デジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する第１の演算部（２２）と、
時系列に隣り合う２組の各特徴値の比を算出する第２の演算部（２６）と、
前記第２の演算部によって時系列に隣り合う２組毎に得られる特徴値の比が等しいか否かを判定する判定手段（３０）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別することを特徴としている。 A signal identification device according to claim 5 of the present invention is
An A / D converter (21) that samples a signal under measurement at a predetermined period and outputs a digital sample value sequence;
Of the sample value sequence output from the A / D converter, for each set of three consecutive sample values in time series, the difference between the product of the previous and subsequent sample values and the square of the intermediate sample value is a feature value. A first calculation unit (22) that is calculated as
A second calculation unit (26) for calculating a ratio of two feature values adjacent to each other in time series;
Determination means (30) for determining whether or not the ratio of feature values obtained for every two sets adjacent in time series by the second arithmetic unit is equal;
Whether the signal under measurement is an attenuated sine wave is identified based on a determination result of the determination unit.

また、本発明の請求項６の信号識別装置は、
被測定信号を所定周期でサンプリングして、デジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する５つのサンプル値Ｘ(k)
、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) 、Ｘ(k-4) の組毎に、その最新のサンプル値を除く４つのサンプル値について、次式、
[Ｘ(k-1)^２−Ｐ]／Ｘ(k-2)
ただし、
Ｐ＝[Ｘ(k-2)^２−Ｘ(k-1)・Ｘ(k-3)]^２／[Ｘ(k-3)^２−Ｘ(k-2)・Ｘ(k-4)]
の演算を行う演算部（３１）と、
前記演算部による演算結果が、その組の最新のサンプル値に等しいか否かを判定する判定部（３７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴としている。 A signal identification device according to claim 6 of the present invention is
An A / D converter (21) that samples a signal under measurement at a predetermined period and outputs a digital sample value sequence;
Of the sample value sequence output from the A / D converter, five sample values X (k) continuous in time series
, X (k-1), X (k-2), X (k-3), X (k-4) for each set of four sample values excluding the latest sample value,
[X (k-1) ^2- P] / X (k-2)
However,
P = [X (k-2) ^2- X (k-1) .X (k-3)] ² / [X (k-3) ^2- X (k-2) .X (k-4)]
A calculation unit (31) for performing the calculation of
A determination unit (37) for determining whether the calculation result by the calculation unit is equal to the latest sample value of the set;
Whether the signal under measurement is a sine wave is identified based on a determination result of the determination unit.

このように、本発明の信号識別方法および装置では、被測定信号のサンプリングで得られた時系列に連続する３つのサンプル値についての特徴値を求め、その特徴値に対して所定演算結果の同一性を判定して被測定信号が減衰正弦波か否かを識別しているため、任意の周波数で任意の減衰係数の減衰正弦波を簡単な構成で識別することができる。 As described above, in the signal identification method and apparatus of the present invention, feature values are obtained for three sample values that are continuous in time series obtained by sampling the signal under measurement, and a predetermined calculation result is the same for the feature values. Therefore, it is possible to identify an attenuation sine wave having an arbitrary attenuation coefficient at an arbitrary frequency with a simple configuration.

また、被測定信号のサンプリングで得られた時系列に連続する５つのサンプル値のうち最新のサンプル値を除く４つについて所定演算で得られた値と最新のサンプル値との同一性を判定して被測定信号が減衰正弦波か否かを識別しているため、任意の周波数、減衰係数の減衰正弦波を簡単な構成で識別することができる。 Also, the identity of the value obtained by the predetermined calculation and the latest sample value is determined for four of the five consecutive sample values obtained by sampling the signal under measurement, excluding the latest sample value. Therefore, it is possible to identify the attenuated sine wave having an arbitrary frequency and attenuation coefficient with a simple configuration.

以下、図面に基づいて本発明の信号識別装置の実施形態を説明するが、始めに本発明の減衰正弦波を識別するための信号識別方法の原理について説明する。 Hereinafter, embodiments of a signal identification device of the present invention will be described based on the drawings. First, the principle of a signal identification method for identifying an attenuated sine wave of the present invention will be described.

周波数ｆ、初期振幅Ａ、初期位相θ、減衰係数ｄの減衰正弦波信号ｘ(t)
は、以下の式で表される。 Attenuated sinusoidal signal x (t) with frequency f, initial amplitude A, initial phase θ, and attenuation coefficient d
Is represented by the following equation.

ｘ(t) ＝Ａｄ^ｔ sin（２πｆｔ＋θ）……（１） x (t) = A d ^t sin (2πft + θ) (1)

また、図１に示しているように、減衰正弦波信号ｘ(t) を周期Ｔでサンプリングして得られるサンプル値列Ｘ(n)
は、以下の式で表される(ｎ＝０、１、２、……)。 Further, as shown in FIG. 1, a sample value sequence X (n) obtained by sampling the attenuated sine wave signal x (t) with a period T.
Is represented by the following equation (n = 0, 1, 2,...).

Ｘ(n) ＝Ａｄ^ｎＴ sin（２πｆｎＴ＋θ）……（２） X (n) = A d ^nT sin (2πfnT + θ) (2)

上記式（２）で、ｎ＝ｋ−２、ｋ−１、ｋとする時系列に連続する３点のサンプル値Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k) は、以下のように表される。 In the above equation (2), three consecutive sample values X (k-2), X (k-1), and X (k) in the time series where n = k−2, k−1, k are It is expressed as follows.

Ｘ(k-2) ＝Ａｄ^{（ｋ−２）Ｔ}
sin［２πｆ（ｋ−２）Ｔ＋θ］
Ｘ(k-1) ＝Ａｄ^{（ｋ−1）Ｔ}
sin［２πｆ（ｋ−１）Ｔ＋θ］
Ｘ(k) ＝Ａｄ^ｋＴ sin（２πｆｋＴ＋θ） X (k-2) = A d ^{(k-2) T}
sin [2πf (k−2) T + θ]
X (k−1) = A d ^{(k−1) T}
sin [2πf (k−1) T + θ]
X (k) = A d ^kT sin (2πfkT + θ)

ここで、
２πｆ（ｋ−１）Ｔ＋θ＝Ｂ，２πｆＴ＝Ｃ
とおくと、上記３つのサンプ値Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k)
は、以下のように表される。 here,
2πf (k−1) T + θ = B, 2πfT = C
The above three sump values X (k-2), X (k-1), X (k)
Is expressed as follows.

Ｘ(k-2) ＝Ａｄ^{（ｋ−２）Ｔ}
sin（Ｂ−Ｃ）
Ｘ(k-1) ＝Ａｄ^{（ｋ−1）Ｔ}
sin Ｂ
Ｘ(k) ＝Ａｄ^ｋＴ sin（Ｂ＋Ｃ） X (k-2) = A d ^{(k-2) T}
sin (BC)
X (k−1) = A d ^{(k−1) T}
sin B
X (k) = A d ^kT sin (B + C)

上記３つの連続するサンプル値の組について、中間のサンプル値の自乗と、前後のサンプル値の積との差Ｅは、次のように表される。 For the set of three consecutive sample values, the difference E between the square of the intermediate sample value and the product of the previous and subsequent sample values is expressed as follows.

Ｅ(k) ＝Ｘ(k-1)^２−Ｘ(k)・Ｘ(k-2)
＝Ａ^２ｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}｛sin^２Ｂ−sin（Ｂ＋Ｃ）・sin（Ｂ−Ｃ）｝
＝Ａ^２ｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}｛sin^２Ｂ
−（sin Ｂ cos Ｃ＋cos Ｂ sin Ｃ）（sin
Ｂ cos Ｃ−cos Ｂ sin Ｃ）｝
＝Ａ^２ｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}｛sin^２Ｂ−（sin^２Ｂ cos^２Ｃ−cos^２
Ｂ sin^２Ｃ）｝
＝Ａ^２ｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}｛（１−cos^２Ｃ）sin^２Ｂ＋cos^２Ｂ sin^２
Ｃ｝
＝Ａ^２ｄ^{２（ｋ−1）Ｔ} sin^２Ｃ …………（３） E (k) = X (k-1) ^2- X (k) .X (k-2)
= A ² d ^{2 (k−1) T} {sin ² B−sin (B + C) · sin (B−C)}
= A ² d ^{2 (k−1) T} {sin ² B
− (Sin B cos C + cos B sin C) (sin
B cos C-cos B sin C)}
^{^{= A 2 d 2 (k-}} 1) T {sin 2 B- (sin 2 B cos 2 C-cos 2
B sin ² C)}
^{^{= A 2 d 2 (k-}} 1) T {(1-cos 2 C) sin 2 B + cos 2 B sin 2
C}
= A ² d ^{2 (k−1) T} sin ² C (3)

ここで、Ａ^２およびsin^２
Ｃは定数であるから、差Ｅは、減衰項ｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}に依存して変化する値となり、減衰正弦波の減衰特徴を表している（以下、この差Ｅを特徴値という）。 Where A ² and sin ²
Since C is a constant, the difference E becomes a value that varies depending on the attenuation term d ^{2 (k−1) T} and represents the attenuation characteristic of the attenuation sine wave (hereinafter, this difference E is referred to as a characteristic value). ).

したがって、Ａ^２ sin^２
Ｃ＝Ｄ（定数）とすれば、図１に示しているように、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎の特徴値Ｅは以下のように表される。 Therefore, A ² sin ²
If C = D (constant), as shown in FIG. 1, the feature value E for each set of three sample values that are continuous in time series is expressed as follows.

Ｅ(k)＝Ｄｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}
Ｅ(k-1)＝Ｄｄ^{２（ｋ−２）Ｔ}
Ｅ(k-2)＝Ｄｄ^{２（ｋ−３）Ｔ}
Ｅ(k-3)＝Ｄｄ^{２（ｋ−４）Ｔ}
…………
…………（４） E (k) = D d ^{2 (k−1) T}
E (k-1) = Dd2 ^{(k-2) T}
E (k-2) = Dd2 ^{(k-3) T}
E (k-3) = Dd2 ^{(k-4) T}
…………
………… (4)

そして、上記各組の特徴値のうち、時系列に連続する３つの組の特徴値Ｅ(k)、Ｅ(k-1)、Ｅ(k-2)について、その中間の組の特徴値Ｅ(k-1)の自乗と、前後の組の特徴値Ｅ(k)、(k-2)の積は、それぞれ、
Ｅ(k-1)^２＝Ｄ^２
ｄ^{４（ｋ−２）Ｔ}
Ｅ(k)・(k-2)＝Ｄｄ^{２（ｋ−1）Ｔ}Ｄ
ｄ^{２（ｋ−３）Ｔ}
＝Ｄ^２ｄ^{４（ｋ−２）Ｔ}
となり、両者は等しい。これは時系列に連続する別の３つの組の特徴値についても言える。 Of the feature values of each set, three sets of feature values E (k), E (k-1), and E (k-2) that are continuous in time series are feature values E in the middle set. The product of the square of (k-1) and the feature values E (k) and (k-2) of the preceding and following sets, respectively,
E (k-1) ² = D ²
d ^{4 (k-2) T}
E (k) · (k−2) = D d ^{2 (k−1) T} D
d2 ^{(k-3) T}
^{^{= D 2 d 4 (k-}} 2) T
And both are equal. This is also true for the other three sets of feature values that are consecutive in time series.

したがって、時系列に連続する３つの組の特徴値Ｅ(k)、Ｅ(k-1)、Ｅ(k-2)について、次の式（５ａ）または（５ｂ）が成立すれば、入力信号が減衰正弦波であると判定することができる。 Therefore, if the following expression (5a) or (5b) holds for three sets of feature values E (k), E (k-1), and E (k-2) that are continuous in time series, the input signal Can be determined to be an attenuated sine wave.

Ｅ(k-1)^２＝Ｅ(k)・Ｅ(k-2) …………（５ａ）
Ｅ(k-1)^２−Ｅ(k)・Ｅ(k-2)＝０ …………（５ｂ） E (k-1) ² = E (k) ・ E (k-2) ............ (5a)
E (k-1) ² -E (k) ・ E (k-2) = 0 ............ (5b)

なお、この判定は、式（５ａ）の右辺と左辺の値を計算して両者を比較する方法と、式（５ｂ）の左辺を計算し、その計算結果がゼロか否かを調べる方法とがある。 This determination includes a method of calculating the values of the right side and the left side of equation (5a) and comparing the two values, and a method of calculating the left side of equation (5b) and checking whether the calculation result is zero. is there.

一方、前記３組の特徴値のうち、時系列に連続する２組毎の特徴値の比は、次式（６ａ）または（６ｂ）で表される。 On the other hand, among the three sets of feature values, the ratio of the feature values of every two sets that are continuous in time series is expressed by the following equation (6a) or (6b).

Ｅ(k)／Ｅ(k-1)＝Ｅ(k-1)／Ｅ(k-2)＝ｄ^２Ｔ …………（６ａ）
Ｅ(k-1)／Ｅ(k)＝Ｅ(k-2)／Ｅ(k-1)＝ｄ^−２Ｔ …………（６ａ） E (k) / E (k-1) = E (k-1) / E (k-2) = d ^2T (6a)
E (k-1) / E (k) = E (k-2) / E (k-1) = d- ^2T (6a)

上記式（６ａ）、（６ｂ）は別の連続する２組の特徴値についても同様に成立する。 The above formulas (6a) and (6b) are similarly established for two consecutive sets of feature values.

したがって、時系列に連続する２組の特徴値の比が等しければ、入力信号が減衰正弦波であると判定することができる。また、上記特徴値の比は減衰係数ｄを２Ｔ乗した値と等しく、サンプリング周期Ｔは既知であるから、上記特徴値の比の計算結果から減衰係数ｄを求めることができる。 Accordingly, if the ratio between two sets of feature values consecutive in time series is equal, it can be determined that the input signal is an attenuated sine wave. Further, since the ratio of the feature values is equal to the value obtained by raising the attenuation coefficient d to the power of 2T and the sampling period T is known, the attenuation coefficient d can be obtained from the calculation result of the ratio of the feature values.

また、上記した方法は、時系列に連続する３つのサンプル値から得られた特徴値Ｅを用いて減衰正弦波の判定を行うものであるが、サンプル値そのものを用いて信号の判定を行う方法もある。 In the above method, the decay sine wave is determined using the feature value E obtained from three consecutive sample values in time series, but the signal is determined using the sample value itself. There is also.

即ち、前記式（５）に対し、時系列に連続する５つのサンプル値Ｘ(k)、Ｘ(k-1)、Ｘ(k-2)、Ｘ(k-3)、Ｘ(k-4)を代入し、最新のサンプル値Ｘ(k)について解くと、以下の関係が得られる。 That is, with respect to the equation (5), five sample values X (k), X (k-1), X (k-2), X (k-3), X (k-4) that are continuous in time series. ) And solving for the latest sample value X (k), the following relationship is obtained.

Ｘ(k)＝[Ｘ(k-1)^２−Ｐ]／Ｘ(k-2)
ただし、
Ｐ＝[Ｘ(k-2)^２−Ｘ(k-1)・Ｘ(k-3)]^２／[Ｘ(k-3)^２−Ｘ(k-2)・Ｘ(k-4)]
…………（７） X (k) = [X (k-1) ^2- P] / X (k-2)
However,
P = [X (k-2) ^2- X (k-1) .X (k-3)] ² / [X (k-3) ^2- X (k-2) .X (k-4)]
............ (7)

したがって、時系列に連続する５つのサンプル値のうち、最新のサンプル値を除く４つのサンプル値を用いて上式（７）の右辺を計算し、その計算結果が最新のサンプル値と等しければ、減衰正弦信号であると判定できる。 Therefore, if the right side of the above equation (7) is calculated using four sample values excluding the latest sample value among the five sample values consecutive in time series, and the calculation result is equal to the latest sample value, It can be determined that the signal is an attenuated sine signal.

なお、サンプリング定理を満たすための周期Ｔの最大値は、信号ｘ(t)
の周期１／ｆの１／２であるが、この場合、信号の正のピーク値と負のピーク値とを交互にサンプリングしたり、０を連続してサンプリングして、減衰正弦波形を特徴付ける振幅値がサンプリングされない場合が生じる。 The maximum value of the period T for satisfying the sampling theorem is the signal x (t)
In this case, the positive and negative peak values of the signal are alternately sampled, or 0 is continuously sampled to characterize the attenuated sine waveform. There are cases where values are not sampled.

したがって、上記各式で減衰正弦波を判定する場合の条件は、サンプリングの周期Ｔが信号ｘ(t) の周期１／ｆの１／２より小さいことが必要となる。 Therefore, the condition for determining the attenuated sine wave by the above equations requires that the sampling period T is smaller than 1/2 of the period 1 / f of the signal x (t).

また、上記式（６）、（７）は、分母０で演算不能となるが、その場合には、演算結果を無視して、次の組の演算結果による判定を行えばよい。 Further, although the above formulas (6) and (7) cannot be calculated with the denominator 0, in that case, the calculation result may be ignored and the determination based on the next set of calculation results may be performed.

図２は、上記原理に基づく信号識別装置２０の構成を示している。
図２において、Ａ／Ｄ変換器２１は、被測定信号ｘ(t) を周期Ｔのクロック信号Ｃｋに同期してサンプリングし、被測定信号ｘ(t)
の時間Ｔ毎の瞬時振幅値を示すデジタルのサンプル値列Ｘ(n) に変換して第１の演算部２２に出力する。 FIG. 2 shows a configuration of the signal identification device 20 based on the above principle.
In FIG. 2, the A / D converter 21 samples the signal under measurement x (t) in synchronization with the clock signal Ck having the period T, and the signal under measurement x (t)
Is converted into a digital sample value sequence X (n) indicating an instantaneous amplitude value for each time T and output to the first arithmetic unit 22.

第１の演算部２２は、サンプル値列Ｘ(n) を、クロック信号Ｃｋに同期してラッチ回路２３、２４に順次シフトしながら記憶し、その記憶値を入力値とともに計算回路２５に出力する。 The first arithmetic unit 22 stores the sample value sequence X (n) while sequentially shifting it to the latch circuits 23 and 24 in synchronization with the clock signal Ck, and outputs the stored value to the calculation circuit 25 together with the input value. .

計算回路２５は、サンプル値列Ｘ(n) のうちの最新の３つのサンプル値Ｘ(k)
、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2)を受けて、前記式（３）の演算、即ち、
Ｅ(k) ＝Ｘ(k-1)^２−Ｘ(k)・Ｘ(k-2)
を行い、その演算結果Ｅ(k) をその組の特徴値として第２の演算部２６に出力する。 The calculation circuit 25 calculates the latest three sample values X (k) in the sample value sequence X (n).
, X (k-1), X (k-2), the calculation of the above equation (3), that is,
E (k) = X (k-1) ^2- X (k) .X (k-2)
And the calculation result E (k) is output to the second calculation unit 26 as the feature value of the set.

第２の演算部２６は、第１の演算部２２から順次出力される特徴値Ｅ(k)
を、クロック信号Ｃｋに同期してラッチ回路２７、２８に順次シフトしながら記憶し、その記憶値を入力値とともに計算回路２９に出力する。 The second calculation unit 26 sequentially outputs the feature value E (k) from the first calculation unit 22.
Are stored in the latch circuits 27 and 28 while being sequentially shifted in synchronization with the clock signal Ck, and the stored value is output to the calculation circuit 29 together with the input value.

計算回路２９は、入力値およびラッチ回路２７、２８の出力を受けて、例えば前記式（５ａ）の両辺の演算、
Ｙ＝Ｅ(k-1)^２
Ｚ＝Ｅ(k)・Ｅ(k-2)
を行い、その演算結果Ｙ、Ｚを判定部３０に出力する。 The calculation circuit 29 receives the input value and the outputs of the latch circuits 27 and 28, and calculates, for example, both sides of the equation (5a).
Y = E (k-1) ²
Z = E (k) ・ E (k-2)
The calculation results Y and Z are output to the determination unit 30.

また、別の計算例として、計算回路２９は、前記式（６ａ）（式（６ｂ）でもよい）の両辺の演算、
Ｙ＝Ｅ(k)／Ｅ(k-1)
Ｚ＝Ｅ(k-1)／Ｅ(k-2)
を行い、その演算結果Ｙ、Ｚを判定部３０に出力する。 As another calculation example, the calculation circuit 29 calculates the both sides of the equation (6a) (may be the equation (6b)),
Y = E (k) / E (k-1)
Z = E (k-1) / E (k-2)
The calculation results Y and Z are output to the determination unit 30.

なお、計算回路２９が前記式（６ａ）または（６ｂ）の両辺の計算を行う場合、分母となる特徴値が０のとき演算不能となるので、これを表す情報を判定部３０に出力する。 Note that when the calculation circuit 29 calculates both sides of the formula (6a) or (6b), calculation is impossible when the feature value serving as the denominator is 0, and information representing this is output to the determination unit 30.

判定部３０は、第２の演算部２６から出力される値Ｙ、Ｚを比較し、両者が等しいとき、入力信号ｘ(t) が減衰正弦波であることを示す例えば１（ハイレベル）の識別信号Ｈを出力し、等しくない場合には、入力信号ｘ(t) が減衰正弦波でないことを示す例えば０（ローレベル）の識別信号Ｈを出力する。 The determination unit 30 compares the values Y and Z output from the second calculation unit 26, and when both are equal, for example, 1 (high level) indicating that the input signal x (t) is an attenuated sine wave. If the identification signal H is not equal, the identification signal H of 0 (low level) indicating that the input signal x (t) is not an attenuated sine wave is output.

また、判定部３０は、第２の演算部２６から分母となる特徴値がゼロであることを示す情報を受けたとき、その演算結果Ｙ、Ｚを無視して、次の演算結果Ｙ、Ｚに対する判定を行う。 Further, when the determination unit 30 receives information indicating that the feature value serving as the denominator is zero from the second calculation unit 26, the determination unit 30 ignores the calculation results Y and Z, and determines the next calculation results Y and Z. Judgment on

なお、ここでは第２の演算部２６が比較対象の２つの値Ｙ、Ｚを計算して判定部３０に出力しているが、両者の差Ｒ＝Ｙ−Ｚ（またはＺ−Ｙ）を計算してその計算結果Ｒを判定部３０に出力し、判定部３０で計算結果Ｒがゼロか否かを判定してもよい。 Here, the second calculation unit 26 calculates two values Y and Z to be compared and outputs them to the determination unit 30, but calculates the difference R = Y−Z (or Z−Y) between them. Then, the calculation result R may be output to the determination unit 30, and the determination unit 30 may determine whether or not the calculation result R is zero.

また、この判定形態は用途に応じて行えばよく、ノイズや演算に含まれる誤差を考えない理想的条件では、演算結果Ｙ、Ｚが等しい状態が一度でも途切れれば、減衰正弦波でないと判定することができるが、実際の信号や回路には、ノイズや演算に含まれる誤差があり、これらの誤差分を考慮して、例えば、演算結果Ｙ、Ｚの比較の際に、許容誤差範囲を設け、その範囲内で両者の比較を行えばよい。 In addition, this determination form may be performed according to the use. Under ideal conditions that do not consider noise and errors included in the calculation, if the calculation results Y and Z are equal to each other, it is determined that it is not an attenuated sine wave. However, in actual signals and circuits, there are noises and errors included in the calculation. Taking these errors into account, for example, when comparing the calculation results Y and Z, an allowable error range is set. They may be provided and compared within the range.

また、判定部３０から減衰正弦波であることを示す識別信号が出力されているとき、式（６ａ）の演算で右辺（または左辺）の計算結果Ｙ（またはＺ）と、既知のサンプリング周期Ｔとから、入力している減衰正弦波の減衰係数ｄを次の演算で求めことができる。 When an identification signal indicating a damped sine wave is output from the determination unit 30, the calculation result Y (or Z) of the right side (or left side) and the known sampling period T in the calculation of Expression (6a). From the above, the attenuation coefficient d of the attenuated sine wave input can be obtained by the following calculation.

ｄ＝Ｙ^１／２Ｔ d = Y ^{1 / 2T}

また、計算は省略するが、入力している減衰正弦波の周波数ｆを次の計算により求めることも可能である。 Although the calculation is omitted, it is also possible to obtain the frequency f of the attenuated sine wave being input by the following calculation.

ｆ＝（１／２πＴ） cos^−１Ｑ
ただし、
Ｑ＝[Ｅ(k-1) Ｘ(k)＋Ｅ(k) Ｘ(k-2)]／｛２［Ｅ(k)
Ｅ(k-1)］^１／２Ｘ(k-1)｝ f = (1 / 2πT) cos ⁻¹ Q
However,
Q = [E (k-1) X (k) + E (k) X (k-2)] / {2 [E (k)
E (k-1)] ^1/2 X (k-1)}

図３に示した信号識別装置２０′は、前記式（７）を用いて減衰正弦波の識別を行うものである。 The signal identification device 20 ′ shown in FIG. 3 performs identification of an attenuated sine wave using the equation (7).

この信号識別装置２０′では、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されるサンプル値を、演算部３１の４つのラッチ回路３２〜３５に順次シフトしながら記憶し、それらの記憶値に対して計算回路３６が前記式（７）の右辺の計算を行い、その計算結果ＹとＡ／Ｄ変換器２１の最新の出力値とを判定部３７に入力し、両者が一致するか否かの判定を行い、その判定結果により減衰正弦波の識別を行う。 In this signal identification device 20 ′, the sample value output from the A / D converter 21 is stored in the four latch circuits 32 to 35 of the arithmetic unit 31 while being sequentially shifted, and the calculation circuit is used for these stored values. 36 calculates the right side of the equation (7), inputs the calculation result Y and the latest output value of the A / D converter 21 to the determination unit 37, and determines whether or not they match. The attenuation sine wave is identified based on the determination result.

この構成の場合でも、式（７）の分母となるサンプル値が０になると演算不能となるので、計算回路３６がその情報を判定部３７に出力する。判定部３７は、分母ゼロを示す情報を受けたときの演算結果ＹとＡ／Ｄ変換器２１の出力値とを無視し、次のタイミングの演算結果ＹとＡ／Ｄ変換器２１の出力値とで判定を行う。 Even in this configuration, when the sample value serving as the denominator of the equation (7) becomes 0, calculation is impossible, and the calculation circuit 36 outputs the information to the determination unit 37. The determination unit 37 ignores the calculation result Y and the output value of the A / D converter 21 when receiving information indicating zero denominator, and the calculation result Y and the output value of the A / D converter 21 at the next timing. And make a decision.

上記いずれの構成の信号識別装置２０、２０′であっても、判定のための演算は簡単な四則計算のみで済み、しかも連続する５つのサンプル値を取得すれば減衰正弦波の識別が可能であり、簡単な構成で、任意の周波数と減衰係数の減衰正弦波の識別をほぼリアルタイムに行うことができる。 In any of the signal identification devices 20 and 20 'configured as described above, the calculation for the determination is only a simple four-rule calculation, and if five consecutive sample values are acquired, the attenuation sine wave can be identified. With a simple configuration, it is possible to identify an attenuation sine wave having an arbitrary frequency and attenuation coefficient almost in real time.

本発明の信号識別方法を説明するための信号波形図Signal waveform diagram for explaining the signal identification method of the present invention 本発明の信号識別装置の実施形態の構成を示す図The figure which shows the structure of embodiment of the signal identification apparatus of this invention. 本発明の信号識別装置の他の実施形態の構成を示す図The figure which shows the structure of other embodiment of the signal identification apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２０、２０′……信号識別装置、２１……Ａ／Ｄ変換器、２２……第１の演算部、２３、２４……ラッチ回路、２５……計算回路、２６……第２の演算部、２７、２８……ラッチ回路、２９……計算回路、３０……判定部、３１……演算部、３２〜３５……ラッチ回路、３６……計算回路、３７……判定部 20, 20 '... Signal identification device, 21 ... A / D converter, 22 ... First calculation unit, 23, 24 ... Latch circuit, 25 ... Calculation circuit, 26 ... Second calculation unit , 27, 28... Latch circuit, 29... Calculation circuit, 30... Determination unit, 31... Operation unit, 32 to 35.

Claims

被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する段階と、
時系列に隣り合う３組の各特徴値について、前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とを算出する段階とを含み、
前記前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とが等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別する信号識別方法。 Obtaining an instantaneous amplitude value of the signal under measurement every predetermined time as a sample value;
Calculating a difference between a product of preceding and succeeding sample values and a square of an intermediate sample value as a feature value for each set of three consecutive sample values for the acquired sample value sequence;
For each of the three sets of feature values adjacent in time series, the step of calculating the product of the feature values of the preceding and succeeding sets and the square of the feature value of the intermediate set,
A signal identification method for discriminating whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave by determining whether or not the product of the feature values of the preceding and following sets is equal to the square of the feature value of the intermediate set.

被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する段階と、
時系列に隣り合う２組の各特徴値の比を算出する段階とを含み、
前記時系列に隣り合う２組毎に得られる特徴値の比が等しいか否かを判定することにより、前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別する信号識別方法。 Obtaining an instantaneous amplitude value of the signal under measurement every predetermined time as a sample value;
Calculating a difference between a product of preceding and succeeding sample values and a square of an intermediate sample value as a feature value for each set of three consecutive sample values for the acquired sample value sequence;
Calculating a ratio between two sets of feature values adjacent to each other in time series,
A signal identification method for identifying whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave by determining whether or not the ratio of the characteristic values obtained for every two pairs adjacent in the time series is equal.

被測定信号の所定時間毎の瞬時振幅値をサンプル値として取得する段階と、
前記取得されたサンプル値列に対し、時系列に連続する５つのサンプル値Ｘ(k) 、Ｘ(k-1)
、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) 、Ｘ(k-4) の組毎に、次式
Ｘ(k)＝[Ｘ(k-1)^２−Ｐ]／Ｘ(k-2)
ただし、
Ｐ＝[Ｘ(k-2)^２−Ｘ(k-1)・Ｘ(k-3)]^２／[Ｘ(k-3)^２−Ｘ(k-2)・Ｘ(k-4)]
が成立するか否かを判定する段階とを含み、
前記式の成立が連続するか否かを判定することにより、前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別する信号識別方法。 Obtaining an instantaneous amplitude value of the signal under measurement every predetermined time as a sample value;
Five sample values X (k), X (k-1) that are continuous in time series with respect to the acquired sample value sequence
, X (k−2), X (k−3), and X (k−4), the following formula X (k) = [X (k−1) ² −P] / X (k−2) )
However,
P = [X (k-2) ^2- X (k-1) .X (k-3)] ² / [X (k-3) ^2- X (k-2) .X (k-4)]
Determining whether or not
A signal identification method for identifying whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave by determining whether or not the above-described equation holds continuously.

被測定信号を所定周期でサンプリングして、デジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する第１の演算部（２２）と、
時系列に隣り合う３組の各特徴値について、前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とを算出する第２の演算部（２６）と、
前記第２の演算部によって得られた前後の組の特徴値の積と、中間の組の特徴値の自乗とが等しいか否かを判定する判定手段（３０）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別することを特徴とする信号識別装置。 An A / D converter (21) that samples a signal under measurement at a predetermined period and outputs a digital sample value sequence;
Of the sample value sequence output from the A / D converter, for each set of three consecutive sample values in time series, the difference between the product of the previous and subsequent sample values and the square of the intermediate sample value is a feature value. A first calculation unit (22) that is calculated as
A second calculation unit (26) that calculates a product of the feature values of the preceding and succeeding sets and a square of the feature value of the intermediate set for each of the three sets of feature values adjacent in time series;
Determination means (30) for determining whether or not the product of the feature values of the preceding and following sets obtained by the second arithmetic unit and the square of the feature value of the intermediate set are equal;
A signal identification device for identifying whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave based on a determination result of the determination unit.

被測定信号を所定周期でサンプリングして、デジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する３つのサンプル値の組毎に、前後のサンプル値の積と、中間のサンプル値の自乗との差を特徴値として算出する第１の演算部（２２）と、
時系列に隣り合う２組の各特徴値の比を算出する第２の演算部（２６）と、
前記第２の演算部によって時系列に隣り合う２組毎に得られる特徴値の比が等しいか否かを判定する判定手段（３０）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が減衰正弦波か否かを識別することを特徴とする信号識別装置。 An A / D converter (21) that samples a signal under measurement at a predetermined period and outputs a digital sample value sequence;
Of the sample value sequence output from the A / D converter, for each set of three consecutive sample values in time series, the difference between the product of the previous and subsequent sample values and the square of the intermediate sample value is a feature value. A first calculation unit (22) that is calculated as
A second calculation unit (26) for calculating a ratio of two feature values adjacent to each other in time series;
Determination means (30) for determining whether or not the ratio of feature values obtained for every two sets adjacent in time series by the second arithmetic unit is equal;
A signal identification device for identifying whether or not the signal under measurement is an attenuated sine wave based on a determination result of the determination unit.

被測定信号を所定周期でサンプリングして、デジタルのサンプル値列を出力するＡ／Ｄ変換器（２１）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたサンプル値列のうち、時系列に連続する５つのサンプル値Ｘ(k)
、Ｘ(k-1) 、Ｘ(k-2) 、Ｘ(k-3) 、Ｘ(k-4) の組毎に、その最新のサンプル値を除く４つのサンプル値について、次式、
[Ｘ(k-1)^２−Ｐ]／Ｘ(k-2)
ただし、
Ｐ＝[Ｘ(k-2)^２−Ｘ(k-1)・Ｘ(k-3)]^２／[Ｘ(k-3)^２−Ｘ(k-2)・Ｘ(k-4)]
の演算を行う演算部（３１）と、
前記演算部による演算結果が、その組の最新のサンプル値に等しいか否かを判定する判定部（３７）とを有し、
前記判定部の判定結果に基づいて前記被測定信号が正弦波か否かを識別することを特徴とする信号識別装置。 An A / D converter (21) that samples a signal under measurement at a predetermined period and outputs a digital sample value sequence;
Of the sample value sequence output from the A / D converter, five sample values X (k) continuous in time series
, X (k-1), X (k-2), X (k-3), X (k-4) for each set of four sample values excluding the latest sample value,
[X (k-1) ^2- P] / X (k-2)
However,
P = [X (k-2) ^2- X (k-1) .X (k-3)] ² / [X (k-3) ^2- X (k-2) .X (k-4)]
A calculation unit (31) for performing the calculation of
A determination unit (37) for determining whether the calculation result by the calculation unit is equal to the latest sample value of the set;
A signal identification device for identifying whether or not the signal under measurement is a sine wave based on a determination result of the determination unit.