RU2478213C2

RU2478213C2 - Signal frequency measurement method

Info

Publication number: RU2478213C2
Application number: RU2011118449/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Семёнович Тутыгин
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-03-27

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: signal frequency measurement method involves signal reception with further analogue-to-digital conversion, quick Fourier transformation, transformation of numerical massif in time area to numerical massif in frequency area, determination of j_max number of numerical massif element, which corresponds to maximum signal amplitude in frequency area, determines approximate value of the quantity of signal periods at observation interval, creation of 2k+1 reference signals in time area, which correspond as to the shape to initial massif in time area, the quantity of periods of which are offset in relation to the quantity of initial signal periods by j_max*(s/k-1)*b, where s=0,1,2, …2k, where coefficient b determines the neighbourhood size, b=0…1 near approximate quantity of signal periods j_max at observation interval, calculation of correlation coefficients 2k+1 of reference signals with initial one, approximation of ratio of correlation coefficients 2k+1 of reference signals and initial signal from number m in frequency area KK[m], where m=j_max+j_max*(s/k-1)*b, oversampling based on the determined approximating dependence with increase in the quantity of massif elements by R times, i.e. formation of massif KK1[m₁], where m₁=j_max+j_max*(s₁/(k*R)-1)*b, s₁=0,1,…2k*R, R - oversampling coefficient of more than 1, determination of element m_1max of numerical massif, which corresponds to maximum value of correlation coefficient KK1. Value m_1max is accepted as a specified value of the quantity of reference signal periods instead of j_max. Then, all the previous signal processing operations are repeated, thus decreasing each time the value b that determines the neighbourhood size near the determined quantity of signal periods at observation interval. After the required approximation accuracy of evaluation of reflected signal centre position is achieved, frequency value f=m_1max/(N*dt) is calculated.

EFFECT: higher measurement accuracy.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в спектрометрии для определения частоты несущей эхо-сигнала спектрометра.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in spectrometry to determine the frequency of the carrier of the echo signal of the spectrometer.

Известен способ измерения частоты сигнала [патент РФ №2008149062]. Способ заключается в измерении длительности периода Т_хследования сигналов и в последующем определении частоты f_x как величины, обратной периоду, причем для измерения периода Т_х используют двоичный счетчик, в котором в процессе измерения каждого периода Т_х в диапазоне от T_xmin до Т_хmах получают соответствующие числа N_T, предварительно очищают число n_min младших разрядов этого счетчика, обеспечивающих измерение минимального периода T_xmin с погрешностью дискретности, не превышающей δТ, определяют частоту f_сч заполнения счетчика с учетом величины T_xmin и числа N_TKmin, получаемого в счетчике при измерении T_xmin, определяют общее число n_mах разрядов счетчика, исходя из величины максимального периода измеряемой частоты, отличается тем, что задают значение частоты f_сч, округленное в сторону увеличения до ближайшей величины f_сч=2^Q*10⁶ Гц, где Q - целое положительное или отрицательное число, подают числа N_TK, получаемые после окончания периода Т_х в n_minмладших разрядах счетчика, на адресные входы постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в ячейках памяти которого хранятся предварительно записанные числа N_ПЗУ, пропорциональные соответствующим значениям f_c частоты сигналов. При выполнении условия n_min<n_изм n_mах, n_изм=n_min+m₁ или n_min n_изм<n_mах, n_изм=n_mах-m₂ производят m₁ или m₂ сдвиг числа N_TK в сторону младших или старших разрядов. Запоминают число m₁ или m₂проведенных сдвигов и определяют частоту f_x1 или f_x2 исследуемых сигналов.A known method of measuring the frequency of the signal [RF patent No. 2008149062]. The method consists in measuring the duration of the period T _{x the} sequence of signals and in the subsequent determination of the frequency f _x as the reciprocal of the period, and to measure the period T _x use a binary counter in which during the measurement of each period T _x in the range from T _xmin to T _{x max} yields the corresponding number N _T, previously purified number n _min LSBs of the counter, providing minimum measurement period T _xmin discreteness with an error not exceeding? T, define the frequency f _MF fill meter with the ve Ichin T _xmin and the number N _TKmin, resulting in the counter when measuring T _xmin, determine the total number n _max bits of a counter based on the value of the maximum period of the measured frequency, characterized in that the set value of the frequency f _MF, rounded upwards to the nearest value f _cf = 2 ^Q * 10 ⁶ Hz, where Q is a positive or negative integer, the numbers N _TK , obtained after the end of the period T _x in n _min lower bits of the counter, are supplied to the address inputs of the read-only memory (ROM) in the memory cells of which pre-stored o the recorded numbers N of the _ROM proportional to the corresponding values f _{c of} the signal frequency. When the condition is fulfilled, n _min <n _meas. N _max , n _meas. = N _min + m ₁ or n _min n _meas. <N _max , n _meas. = N _max -m ₂ produce m ₁ or m ₂ shift the number N _TK in the direction of the lower or senior ranks. The number m ₁ or m _{2 of} the shifts is stored and the frequency f _x1 or f _{x2 of} the signals under investigation is determined.

Известен способ измерения частоты сигнала, выбранный за прототип [Цифровой спектральный анализ и его приложения. С.Л.Марпл-мл. М.: Мир, 1990, - 584 с.]. Способ основан на выполнении быстрого преобразования Фурье (БПФ). Измерение частоты сводится к определению количества периодов К сигнала с помощью БПФ на интервале наблюдения N*dt, где N - количество отсчетов, a dt - интервал дискретности измерения, и последующему вычислению частоты сигнала по формуле f=K/(N*dt). Разрешение по частоте df, т.е. абсолютная погрешность результата измерения частоты, равно l/(N*dt) или, что то же, f/K, отсюда относительная погрешность определения частоты δf=1/K. Таким образом, погрешность определения частоты этим известным способом может быть значительной, если количество периодов сигнала в интервале наблюдения мало. В частности, эхо-сигналы спектрометров содержат очень малое количество периодов, менее 10 [В.И.Тарханов, В.С.Тутыгин. Приборный комплекс для поиска и исследования сигналов ЯМР в магнитоупорядоченных веществах. Журнал «Научное приборостроение», 2003, том 13, №1], поэтому погрешность определения частоты достигает 10% и более. Погрешность будет еще больше, если сигнал будет зашумлен. Таким образом, недостаток известного способа определения частоты - недостаточно высокая точность.A known method of measuring the frequency of a signal selected for the prototype [Digital spectral analysis and its applications. S.L. Marple ml. M .: Mir, 1990, - 584 p.]. The method is based on performing a fast Fourier transform (FFT). The frequency measurement is reduced to determining the number of periods of the signal K using FFT on the observation interval N * dt, where N is the number of samples, and dt is the sampling interval, and then calculating the signal frequency using the formula f = K / (N * dt). Frequency resolution df, i.e. the absolute error of the frequency measurement result is equal to l / (N * dt) or, what is the same, f / K, hence the relative error in determining the frequency δf = 1 / K. Thus, the error in determining the frequency of this known method can be significant if the number of signal periods in the observation interval is small. In particular, the echoes of spectrometers contain a very small number of periods, less than 10 [V.I. Tarkhanov, V.S. Tutygin. Instrument complex for searching and studying NMR signals in magnetically ordered substances. The journal "Scientific Instrumentation", 2003, volume 13, No. 1], therefore, the error in determining the frequency reaches 10% or more. The error will be even greater if the signal is noisy. Thus, the disadvantage of this method of determining the frequency is not high enough accuracy.

Задачей изобретения является повышение точности измерения частоты сигнала.The objective of the invention is to improve the accuracy of measuring the frequency of the signal.

Предложен способ измерения частоты сигнала, который включает прием сигнала с последующим аналого-цифровым преобразованием, быстрое преобразование Фурье, преобразующее числовой массив во временной области в числовой массив в частотной области, определение номера j_max элемента числового массива, соответствующего максимальной амплитуде сигнала в частотной области, определяющего приближенное значение количества периодов сигнала в интервале наблюдения, создание 2к+1 эталонных сигнала во временной области, по форме соответствующих исходному массиву во временной области, количество периодов которых смещают по отношению к количеству периодов исходного сигнала на j_max*(s/k-l)*b, где s=0, 1, 2,…2k, где коэффициент b определяет размер окрестности, b=0…1 вблизи приближенного количества периодов сигнала j_max в интервале наблюдения, вычисление коэффициентов корреляции 2к+1 эталонных сигналов с исходным, аппроксимацию зависимости коэффициентов корреляции 2к+1 эталонных сигналов с исходным сигналом от номера m в частотной области KK[m], где m=j_max+j_max*(s/k-l)*b, выполнение передискретизации на основе найденной аппроксимирующей зависимости с увеличением количества элементов массива в R раз, т.е. формирование массива KK1[m₁], где m₁=j_max+j_max*(s₁/(k*R)-1)*b, S₁=0, 1,…2k*R, R - коэффициент передискретизации больше 1, нахождение элемента m_1max числового массива, соответствующего максимальному значению коэффициента корреляции KK1. Значение m_1max принимают за уточненное значение количества периодов исходного сигнала вместо j_max. Повторяют далее все предыдущие операции обработки сигнала, уменьшая каждый раз величину b, определяющую размер окрестности вблизи найденного количества периодов сигнала в интервале наблюдения. После достижения требуемой точности приближения оценки положения центра отраженного сигнала вычисляется значение частоты f=m_1max/(N*dt).A method is proposed for measuring the frequency of a signal, which includes receiving a signal followed by analog-to-digital conversion, fast Fourier transform, converting a numerical array in the time domain to a numerical array in the frequency domain, determining the number j _{max of the} element of the numerical array corresponding to the maximum signal amplitude in the frequency domain, determining the approximate value of the number of signal periods in the observation interval, the creation of 2k + 1 reference signals in the time domain, in the form corresponding to the initial th array in the time domain, the number of cycles of which is displaced relative to the amount of the original signal periods to _{j max * (s / kl)} * b, where s = 0, 1, 2, ... 2k, where the coefficient b determines the size of the neighborhood, b = 0 ... 1 near the approximate number of signal periods j _max in the observation interval, calculation of the correlation coefficients 2k + 1 reference signals with the original, approximation of the dependence of the correlation coefficients 2k + 1 reference signals with the initial signal on number m in the frequency domain KK [m], where m _{_{= j max + j max * (}} s / kl) * b, perform oversampling based on -degenerate approximating function with the number of elements in array R times, i.e. array formation KK1 [m ₁ ], where m ₁ = j _max + j _max * (s ₁ / (k * R) -1) * b, S ₁ = 0, 1, ... 2k * R, R is the oversampling coefficient is greater 1, finding the element m _{1max of a} numerical array corresponding to the maximum value of the correlation coefficient KK1. The value of m _{1max is} taken as the specified value of the number of periods of the original signal instead of j _max . Further, all previous signal processing operations are repeated, each time decreasing the value of b, which determines the size of the neighborhood near the found number of signal periods in the observation interval. After reaching the required accuracy of approximation of the estimate of the position of the center of the reflected signal, the frequency value f = m _1max / (N * dt) is calculated.

Отличительными существенными признаками предлагаемого способа является обработка исходного сигнала, в результате чего частота сигнала определяется точно как при целом, так и при не целом количестве периодов, а при наличии шума в несколько раз с большей точностью, чем при использовании известного способа, основанного на использовании БПФ. Идея предлагаемого способа измерения частоты сигнала заключается в том, что значение центра j_max сигнала в частотной области, определенное с помощью БПФ [фиг.1] по принципу положения максимума амплитуды сигнала в частотной области и вычисленного на его основе значения количества периодов сигнала во временной области, используется только в качестве грубой оценки (начального приближения) количества периодов. Для получения более точного значения количества периодов производится формирование во временной области 2к+1 эталонных сигналов, соответствующих по форме исходному сигналу [фиг.2], но имеющих другое количество периодов, а именно со сдвигом j_max*(s/k-l)*b, где s=0, 1, 2,…2k, значение b задается с учетом возможной погрешности приближенного значения количества периодов в интервале от 0 до 1. Например, b=0.1, если погрешность оценки приближенного значения количества периодов не превышает 10%, k=3, если погрешность оценки приближенного значения количества периодов не превышает 10%, если возможна ошибка грубой оценки до 90%, то задают значения b=0.9 и k=25. Далее вычисляют коэффициенты корреляции исходного анализируемого сигнала со всеми эталонными KK[m], m=j_max+j_max*(s/k-l)*b, m отражает количество периодов измеряемого сигнала, в общем случае нецелое, находят с помощью аппроксимации непрерывную функциональную зависимость F (m), соответствующую массиву KK[m], выполняют передискретизацию на основе найденной функциональной зависимости F (m) для массива KK[m] с увеличением количества элементов массива в R раз, т.е. формирование массива KK1[m₁], где m₁=j_max+j_max*(s₁/(k*R)-l)*b, s₁=0, 1, 2,…2k*R, R - коэффициент передискретизации, например, равный 10, находят элемент массива m_1max, соответствующий максимальному значению коэффициента корреляции KK1. Значение m_1max принимают за уточненное (в общем случае нецелое) количество периодов сигнала. Упомянутая функция F (m) имеет вид параболы, обращенной вершиной вверх как в случае незашумленного, так и зашумленного сигнала, что и позволяет определить количество периодов сигнала более точно. При наличии шума форма функции сохраняется, уменьшается лишь абсолютное значение максимума. Процесс уточнения значения количества периодов итерационно повторяется, вначале итерации в качестве начального приближения используется уточненное значение m_1max, полученное в результате предыдущей итерации. Повторение операций обработки прекращают после достижения требуемой точности приближения оценки значения количества периодов сигнала, которую оценивают по величине разности между вычисленными значениями количества периодов в результате текущего и предыдущего приближений. После этого вычисляют значение частоты как f=m_1max/(N*dt), где dt - шаг дискретности по времени при измерении сигнала. В результате будет получено значение количества периодов и частоты с меньшей погрешностью в R раз, чем разрешение по частоте при использовании БПФ. Кроме того, при зашумленности отраженного сигнала, значение частоты сигнала предлагаемым способом будет получено в несколько раз более точно по сравнению с известным способом. Таким образом, совокупность отличительных признаков необходима и достаточна для решения поставленной задачи.Distinctive essential features of the proposed method is the processing of the original signal, as a result of which the signal frequency is determined exactly both with a whole and with not a whole number of periods, and in the presence of noise several times with greater accuracy than when using the known method based on the use of FFT . The idea of the proposed method for measuring the signal frequency is that the center value j _{max of the} signal in the frequency domain, determined using the FFT [Fig. 1] according to the principle of the position of the maximum amplitude of the signal in the frequency domain and the value of the number of signal periods in the time domain calculated on its basis , is used only as a rough estimate (initial approximation) of the number of periods. To obtain a more accurate value of the number of periods, the formation in the time domain of 2k + 1 reference signals corresponding in shape to the original signal [figure 2], but having a different number of periods, namely with a shift j _max * (s / kl) * b, where s = 0, 1, 2, ... 2k, the value of b is specified taking into account the possible error of the approximate value of the number of periods in the range from 0 to 1. For example, b = 0.1, if the error in estimating the approximate value of the number of periods does not exceed 10%, k = 3, if the error in estimating the approximate value of the number of periods Dov does not exceed 10%, if a rough estimation error of up to 90% is possible, then the values b = 0.9 and k = 25 are set. Next, the correlation coefficients of the initial analyzed signal with all the reference KK [m], m = j _max + j _max * (s / kl) * b, m are calculated, m reflects the number of periods of the measured signal, generally non-integer, and a continuous functional dependence is found by approximation F (m) corresponding to the array KK [m], resampling is performed based on the found functional dependence F (m) for the array KK [m] with an increase in the number of array elements by R times, i.e. array formation KK1 [m ₁ ], where m ₁ = j _max + j _max * (s ₁ / (k * R) -l) * b, s ₁ = 0, 1, 2, ... 2k * R, R is the coefficient oversampling, for example, equal to 10, find the element of the array m _1max corresponding to the maximum value of the correlation coefficient KK1. The value of m _{1max is} taken as the refined (generally non-integer) number of signal periods. The aforementioned function F (m) has the form of a parabola with its vertex turned upwards both in the case of a noisy and a noisy signal, which allows us to determine the number of signal periods more accurately. In the presence of noise, the shape of the function is preserved, only the absolute value of the maximum decreases. The process of refining the value of the number of periods is iteratively repeated; at the beginning of the iteration, the refined value m _1max obtained as a result of the previous iteration is used as the initial approximation. The repetition of processing operations is stopped after reaching the required accuracy of the approximation of the estimated value of the number of periods of the signal, which is estimated by the magnitude of the difference between the calculated values of the number of periods in the current and previous approximations. After this, the frequency value is calculated as f = m _1max / (N * dt), where dt is the time increment in the measurement of the signal. As a result, the value of the number of periods and frequency will be obtained with a smaller error by a factor of R than the frequency resolution when using FFT. In addition, when the noise of the reflected signal, the signal frequency value of the proposed method will be obtained several times more accurately compared with the known method. Thus, a set of distinctive features is necessary and sufficient to solve the problem.

Схема устройства для возможной реализации предлагаемого способа измерения частоты сигнала представлена на фиг.3. Устройство включает 1 - генератор синхронизирующих импульсов СИ1 и СИ2, 2 - источник сигнала, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - счетчик адреса оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), 5 - ОЗУ, 6 - вычислитель. На фиг.4 приведена временная диаграмма синхронизирующих импульсов СИ1 и СИ2. На фиг.5 приведена блок-схема алгоритма работы вычислителя 6.A diagram of a device for the possible implementation of the proposed method for measuring the frequency of the signal is presented in figure 3. The device includes 1 - a generator of synchronizing pulses SI1 and SI2, 2 - a signal source, 3 - an analog-to-digital converter, 4 - an address counter of random access memory (RAM), 5 - RAM, 6 - a calculator. Figure 4 shows the timing diagram of the clock pulses SI1 and SI2. Figure 5 shows the block diagram of the algorithm of the calculator 6.

Пример реализации предлагаемого способа в устройстве фиг.3An example implementation of the proposed method in the device of figure 3

Генератор синхронизирующих импульсов 1 вырабатывает синхронизирующий импульс СИ1, который производит сброс счетчика адреса записи в ОЗУ и запускает источник сигнала 2. С момента формирования синхронизирующего импульса СИ1 начинается формирование синхроимпульсов СИ2 генератором 1, аналого-цифровое преобразование ожидаемого входного сигнала с помощью аналого-цифрового преобразователя 3 и запись результатов преобразования в оперативное запоминающее устройство 5 по адресу, задаваемому адресным счетчиком 4. При этом будет зафиксировано N дискретных отсчетов сигнала. Далее вычислитель 6 производит чтение и обработку зарегистрированного и хранящегося в оперативном запоминающем устройстве 5 дискретизированного сигнала в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.5. Действия обработки выполняются в следующем порядке:The clock generator 1 generates a clock pulse SI1, which resets the write address counter in RAM and starts the signal source 2. From the moment the clock pulse SI1 is generated, the generation of SI2 clock pulses by the generator 1, analog-to-digital conversion of the expected input signal using the analog-to-digital converter 3 and recording the results of the conversion to random access memory 5 at the address specified by the address counter 4. In this case, N d spark signal samples. Next, the calculator 6 reads and processes the sampled signal registered and stored in the random access memory 5 in accordance with the algorithm presented in FIG. 5. Processing actions are performed in the following order:

1. Производят чтение зарегистрированного в оперативном запоминающем устройстве 5 входного сигнала, представленного в виде набора из N отсчетов.1. Read the input signal registered in the random access memory 5, presented in the form of a set of N samples.

2. Производят быстрое преобразование Фурье, в результате чего формируют массив частотного спектра в виде набора из N чисел.2. A fast Fourier transform is performed, as a result of which an array of the frequency spectrum is formed in the form of a set of N numbers.

3. Определяют номер элемента j_max массива частотного спектра, которому соответствует максимальное значение. Этот номер j_max является грубой оценкой количества периодов сигнала.3. Determine the element number j _max array of the frequency spectrum, which corresponds to the maximum value. This j _max number is a rough estimate of the number of signal periods.

4. Создают 2k+l эталонных сигналов по форме соответствующих исходному, количество периодов эталонных сигналов смещают по отношению к исходному на величину j_max*(s/k-l)*b, где s=0, 1, 2,…2k, b - постоянный коэффициент, задаваемый от 0 до 1 в зависимости от величины возможной ошибки грубой оценки количества периодов сигнала, например, b=0.1, если возможная ошибка равна 10%, при этом k=3. Если возможна ошибка до 90%, то задают значение b=0.9, при этом k=25. Коэффициент b=0…1 определяет размер окрестности вблизи количества периодов входного сигнала. В этой окрестности будут находиться значения количества периодов эталонных сигналов.4. Create 2k + l reference signals in the form corresponding to the original, the number of periods of the reference signals is shifted relative to the original by the value j _max * (s / kl) * b, where s = 0, 1, 2, ... 2k, b is a constant a coefficient specified from 0 to 1 depending on the possible error of a rough estimate of the number of signal periods, for example, b = 0.1, if the possible error is 10%, with k = 3. If the error is up to 90%, then set the value b = 0.9, with k = 25. The coefficient b = 0 ... 1 determines the size of the neighborhood near the number of periods of the input signal. In this neighborhood will be the values of the number of periods of the reference signals.

5. Вычисляют коэффициенты корреляции эталонных сигналов с исходным. Результат представляется в виде числового массива, содержащего 2k+l элементов, каждому элементу соответствует число m=j_max+j_max*(s/k-l)*b и значение коэффициента корреляции KK[m].5. Calculate the correlation coefficients of the reference signals with the original. The result is presented in the form of a numerical array containing 2k + l elements, each element corresponds to the number m = j _max + j _max * (s / kl) * b and the value of the correlation coefficient KK [m].

6. Производят аппроксимацию зависимости коэффициентов корреляции эталонных сигналов с исходным KK(m) от числа m, которое определяет значения количества периодов эталонных сигналов m=j_max+j_max*(s/k-l)*b.6. An approximation is made of the dependence of the correlation coefficients of the reference signals with the original KK (m) on the number m, which determines the number of periods of the reference signals m = j _max + j _max * (s / kl) * b.

7. Производят передискретизацию на основе найденной аппроксимирующей зависимости F(m) для массива KK[m] с увеличением количества элементов массива в R раз, т.е. формируют массив KK1[m₁], где m₁=j_max+j_max*(s₁/(k*R)-l)*b, s₁=0, 1, 2,…2k*R, R - коэффициент передискретизации, например, равный 10.7. Resampling is performed based on the found approximating dependence F (m) for the array KK [m] with an increase in the number of array elements by R times, i.e. form the array KK1 [m ₁ ], where m ₁ = j _max + j _max * (s ₁ / (k * R) -l) * b, s ₁ = 0, 1, 2, ... 2k * R, R is the coefficient oversampling, for example, equal to 10.

8. Определяют значение m_1max массива KK1[m₁], которому соответствует максимальное значение коэффициента корреляции KK1.Значение m_1maxпринимают за уточненное количество периодов исходного сигнала.8. The value m _{1max of the} array KK1 [m ₁ ] is determined, which corresponds to the maximum value of the correlation coefficient KK1. The value m _{1max is} taken as the specified number of periods of the original signal.

9. Повторяют далее все предыдущие операции обработки сигнала, начиная с п.4, уменьшая каждый раз величину b, определяющую размер окрестности вблизи приближенного значения количества периодов сигнала, в качестве приближенного значения количества периодов сигнала выбирают значение m_1mах, определенное в п.8. Повторение операций обработки прекращают после достижения требуемой точности оценки количества периодов исходного сигнала, точность оценивают по величине разности между вычисленными значениями количества периодов в результате текущего и предыдущего приближений.9. Next, repeat all previous signal processing operations, starting from step 4, each time decreasing the value of b, which determines the size of the neighborhood near the approximate value of the number of signal periods, as the approximate value of the number of signal periods, choose the value m _1max defined in _clause 8. The repetition of processing operations is stopped after reaching the required accuracy of estimating the number of periods of the initial signal, the accuracy is estimated by the value of the difference between the calculated values of the number of periods as a result of the current and previous approximations.

10. Вычисляют значение частоты f=m_1max/(N*dt), где m_1max - уточненное количество периодов исходного сигнала, dt - шаг дискретности по времени при измерении сигнала.10. The frequency value f = m _1max / (N * dt) is _calculated , where m _1max is the specified number of periods of the original signal, dt is the time increment in the signal measurement.

Способ обеспечивает увеличение точности измерения количества периодов и частоты сигнала в несколько раз за счет многократного повторения операций обработки сигнала с одновременным уменьшением размера окрестности вблизи приближенного значения количества периодов анализируемого сигнала.The method provides an increase in the accuracy of measuring the number of periods and signal frequency by several times due to the repeated repetition of the signal processing operations while reducing the size of the neighborhood near the approximate value of the number of periods of the analyzed signal.

Claims

Способ измерения частоты сигнала, включающий аналого-цифровое преобразование сигнала и измерение количества периодов сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье, отличающийся тем, что определяют номер j_max элемента числового массива, соответствующего максимуму сигнала в частотной области, создают 2k+1 эталонных сигналов, по форме соответствующих исходному, количество периодов каждого смещают по отношению к количеству периодов исходного сигнала на величину j_max·(s/k-l)·b, где s=0, 1, 2,…2k, s - номер эталона, k - коэффициент больший или равный 3, b - постоянный коэффициент от 0 до 1, определяющий размер окрестности вблизи приближенного значения количества периодов измеряемого сигнала, вычисляют коэффициенты корреляции эталонных сигналов с исходным, производят аппроксимацию зависимости коэффициентов корреляции 2k+1 эталонных сигналов с исходным KK[m], где m=j_max+j_max·(s/k-l)·b, производят передискретизацию на основе найденной аппроксимирующей зависимости для массива KK[m] с увеличением количества элементов массива в R раз, формируют массив KK1[m₁], где m₁=j_max+j_max·(s₁/(k·R)-l)·b, s₁=0, 1, 2,…2k·R, R - коэффициент передискретизации, больший 1, определяют значение m_1max массива KK1[m₁], которому соответствует максимальное значение коэффициента корреляции KK1, значение m_1max принимают за уточненное количество периодов исходного сигнала, далее повторяют операции обработки сигнала с одновременным уменьшением коэффициента b, определяющего размер окрестности вблизи приближенного значения количества периодов сигнала, после чего вычисляют значение частоты f=m_1max/(N·dt), где m_1max - уточненное количество периодов исходного сигнала, dt - шаг дискретности по времени при измерении сигнала. A method for measuring the signal frequency, including analog-to-digital signal conversion and measuring the number of signal periods using the fast Fourier transform, characterized in that they determine the number j _{max of the} element of the numerical array corresponding to the maximum signal in the frequency domain, create 2k + 1 reference signals, in the form corresponding to the initial one, the number of periods of each is shifted with respect to the number of periods of the original signal by j _max · (s / kl) · b, where s = 0, 1, 2, ... 2k, s is the number of the standard, k is a coefficient greater than or equal to 3 b - a constant coefficient from 0 to 1, which determines the size of the neighborhood near the approximate value of the number of periods of the measured signal, calculate the correlation coefficients of the reference signals with the original, approximate the correlation coefficients of 2k + 1 reference signals with the original KK [m], where m = j _max + j _max · (s / kl) · b, resample based on the found approximating dependence for the array KK [m] with an increase in the number of array elements by R times, form the array KK1 [m ₁ ], where m ₁ = j _max + j _max · (S ₁ / (k · R) -l) · b, s ₁ = 0, 1, 2, ... 2k · R, R - coefficient the oversampling factor greater than 1 determines the value m _{1max of the} array KK1 [m ₁ ], which corresponds to the maximum value of the correlation coefficient KK1, the value m _{1max is} taken as the specified number of periods of the initial signal, then the signal processing operations are repeated with a simultaneous decrease in the coefficient b determining the size of the neighborhood near the approximate value of the number of signal periods, after which the calculated frequency value _{f = m 1max / (N ·} dt), where m _1max - amount of the starting refined signal periods, dt - discrete step by vre tim when measured signal.