Файл: Мясников, Л. Л. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике.pdf

При этом сигнал перед подачей его на перемножители должен быть пропущен через двухканальную систему, представляющую синхронный фильтр. В описанном случае спектральный анализ сигналов осуществляется без применения фильтров. Ведь преобразо­ вание Фурье есть корреляционное преобразование двух сигналов:

149

исследуемого и синусоидального, гармонического. Спектр находится по формуле

При этом вспомогательным синусоидальным сигналом служит зондирующий тон от генератора инфразвуковых частот. Если иссле­ дуемый сигнал периодичен, определение спектра сводится к ; опре­ делению коэффициентов Фурье

т

ak = -^r | x(t) cos at dt\

0

С целью нормировки корреляционных функций перед входами перемножителей стоит нормирующая схема, обладающая соответ­ ственно двумя каналами.

Для выделения дискретных компонент в спектре находят посред­ ством зондирующего тона максимумы корреляционных функций. Построение корреляционных функций основано на применении умножителей. Выделение дискретных компонент производится без использования фильтров благодаря корреляционному преобразова­ нию исследуемого сигнала и зондирующего тона. Схема работает как спектральный анализатор с зондирующим тоном (зухтоном), реагирующим только на дискретные компоненты. Результаты ана­ лиза в цифровом виде служат дополнительными признаками сег­ ментов.

Заметим, что эта несколько усложненная сегментация может быть использована и в диапазоне слышимых частот как для подвод­ ных звуков, так и для электромагнитных излучений. '

Описанный метод позволяет также осуществить инфразвуковую запись в цифровом виде. Такая запись дает последовательность цифр, описывающих частотно-амплитудные спектры, с выделением дискретных компонент. Во многих случаях она более целесообразна, чем запись с помощью электронного осциллографа, инфразвукового магнитофона или самописца. Магнитофонная запись играет в основ­

150

ном роль хранителя сигнала во времени, т. е. роль промежуточную; она предназначена для последующего завершения измерительного процесса. Запись с помощью самописца на бумажной ленте в ка­ честве хранителя информации менее удобна; это относится и к осцил­ лограммам, которые всегда дают избыточную информацию. Цифро­ вая запись инфразвука является наиболее удобной для обработки результатов. Процесс упрощается, если задача заключается в записи интегрального уровня сигнала в цифровом виде, без спектрального анализа.

В диапазоне дробных герц конструктивный анализ должен быть несколько изменен. Ввиду значительно больших периодов колебаний на первый план выходят корреляционные соотношения. Последовательность сегментов в этом измененном методе уже не считается полностью случайной. Значение имеет не только вероят­ ность появления тех или иных сегментов, но и условные вероятности определенной смены сегментов. Поэтому приобретает значение поря­ док появления сегментов.

Простая гистограмма уже не может охватить результат сегмен­ тации. Вместо сегментов следует находить некоторые стандартные последовательности. Этот вопрос был затронут в § 1.2. Такими образами служат звуки речи — фонемы, и для описания их при­ меняются определенные комбинации гистограмм сегментов.

Для построения образа инфразвукового сигнала, создаваемого, например, грозовым разрядом, следует разбить его во времени на отдельные промежутки и сегментацию провести раздельно по этим промежуткам. Тогда сигнал будет характеризоваться некоторой последовательностью гистограмм, или упрощенно, последователь­ ностью наиболее выраженных сегментов, так, что два-три сегмента характеризуют каждую гистограмму. Полученная последователь­ ность уже не допускает изменения порядка расположения символов и сравнивается с эталонной последовательностью.

Излагаемая здесь схема близка к теории статистических измере­ ний при экспериментальных исследованиях В. В. Ольшевского [85, 86]. Согласно этой теории основная часть экспериментальных иссле­ дований и измерений в акустике заключается в рассмотрении вероят­ ностных характеристик случайных процессов или полей (рис. 6.6). Исследуемый объект характеризуется случайным процессом х (t), определяемым набором случайных функций xk (t), где k = 1, 2, . . .,N, и распределением их вероятностей; каждое xk (t) есть реали­ зация процесса х (t). На основании априорной информации и уста­ новленных гипотез, касающихся свойств исследуемого объекта, строится вероятностная модель случайного процесса. Эта модель т принадлежит множеству вероятностных моделей случайного про­ цесса х (t), которое обозначается М, так что ntzM. Стрелки на ри­ сунке, идущие от блока «Исследователь», показывают ввод формали­ зованной априорной информации и гипотез о свойствах исследуемого объекта. Обратимся к левому столбцу блоков. Стрелки идут через блок «Гипотетические объекты» к вероятностным моделям случай­ ного процесса.

151

Рис. 6.6. Схема В. В. Ольшевского.

Случайный процесс л: (t) выражается через модель следующим

ностная характеристика 0 {Пт) может быть найдена по известным или заданным характеристикам я,- (А,) с независимыми переменными

чать хг (/), которые могут быть названы выборочными реализациями от указанных выше реализаций хк {t), вероятностные свойства которых априори известны, потому что они соответствуют определен­

152