JP3033871B2 - Cross spectrum operation device, transfer function operation device, and coherence function operation device - Google Patents
Cross spectrum operation device, transfer function operation device, and coherence function operation deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、時系列信号間のクロス
スペクトルを求めるクロススペクトル演算装置、伝達関
数を求める伝達関数演算装置、及びコヒーレンス関数を
求めるコヒーレンス関数演算装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cross-spectrum calculator for obtaining a cross spectrum between time-series signals, a transfer function calculator for obtaining a transfer function, and a coherence function calculator for obtaining a coherence function.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より時系列信号間のクロススペクト
ルを求め、あるいはこのクロススペクトルを用いて、信
号伝達系の特性を調べるために伝達関数、コヒーレンス
関数を求める手法が知られている。クロススペクトルを
求める演算は、伝達関数、コヒーレンス関数を求める演
算に内包されるため、以下、伝達関数およびコヒーレン
ス関数について説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a method of obtaining a cross spectrum between time-series signals or using the cross spectrum to obtain a transfer function and a coherence function in order to examine characteristics of a signal transmission system. Since the operation for obtaining the cross spectrum is included in the operation for obtaining the transfer function and the coherence function, the transfer function and the coherence function will be described below.
【0003】図2に示す信号伝達系1において、系のイ
ンパルス応答をh(t)、入力信号をx(t)、出力信
号をy(t)、出力信号に混入している外乱雑音をu
(t)とし、x(t)とu(t)は定常白色雑音で互い
に無相関であるとする。観測可能な信号はx(t)とy
(t)である。このとき出力信号y(t)は次式のよう
に表せる。In the signal transmission system 1 shown in FIG. 2, the impulse response of the system is h (t), the input signal is x (t), the output signal is y (t), and the disturbance noise mixed in the output signal is u.
(T), and x (t) and u (t) are stationary white noises and are uncorrelated with each other. Observable signals are x (t) and y
(T). At this time, the output signal y (t) can be expressed by the following equation.
【0004】 y(t)=h(t)*x(t)+u(t) …(1) ここに、*は畳み込み演算を表す。ここでτをサンプリ
ング間隔として(1)式を離散化し、N点の離散的フー
リエ変換(以下、DFTと呼ぶ)を行なうと、(2)式
となる。 Y(k)=H(k)X(k)+U(k) …(2) 今、対象とする伝達系の入力信号x(t)、出力信号y
(t)を、図3に示すように、N点ごとの時間窓で切り
出して、それぞれの時間窓に対して一連の番号をつけ
る。そして、その一つ一つを入力信号は第iブロック、
出力信号は第mブロック(i,mは任意の整数)と呼ぶ
ことにする。Y (t) = h (t) * x (t) + u (t) (1) where * represents a convolution operation. Here, Expression (1) is discretized using τ as a sampling interval, and discrete Fourier transform of N points (hereinafter, referred to as DFT) is performed, and then Expression (2) is obtained. Y (k) = H (k) X (k) + U (k) (2) The input signal x (t) and the output signal y of the target transmission system
As shown in FIG. 3, (t) is cut out at time windows for every N points, and a series of numbers is assigned to each time window. The input signal is the i-th block,
The output signal is called an m-th block (i and m are arbitrary integers).
【0005】このとき、(2)式の両辺にX(k)の複
素共役X* (k)を掛け、互いに対応する入出力のブロ
ック間で得られた結果について多数回平均を行い、入出
力間のクロススペクトルを求めると次式となる。 E[X* (k)Y(k)] =H(k)E [X* (k)X(k)]+E [X* (k)U(k)]…(3) ここで、E[ ]は多数回平均を表す。(3)式の右辺
第2項は外乱雑音による項であり、入力信号と外乱雑音
との間に相関がないため、平均回数の増加と共に0に漸
近し、極限では次式が成り立つ。At this time, both sides of the equation (2) are multiplied by the complex conjugate X * (k) of X (k), and the results obtained between the corresponding input / output blocks are averaged many times. When the cross spectrum between them is obtained, the following equation is obtained. E [X * (k) Y (k)] = H (k) E [X * (k) X (k)] + E [X * (k) U (k)] (3) where E [ ] Represents a multiple average. The second term on the right side of the equation (3) is a term due to disturbance noise, and has no correlation between the input signal and the disturbance noise. Therefore, the term asymptotically approaches 0 as the number of times of averaging increases.
【0006】 E[X* (k)Y(k)]=H(k)E [X* (k)X(k)]…(4) これにより、離散周波数における伝達関数H(k)が次
式で推定できる。E [X * (k) Y (k)] = H (k) E [X * (k) X (k)] (4) Accordingly, the transfer function H (k) at the discrete frequency is It can be estimated by the formula.
【0007】[0007]
【数1】 (Equation 1)
【0008】またこれと同様に、信号伝達系1のコヒー
レンス関数γ2 (k)は、次式で与えられる。Similarly, the coherence function γ 2 (k) of the signal transmission system 1 is given by the following equation.
【0009】[0009]
【数2】 (Equation 2)
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】クロススペクトル、こ
れを用いた演算により求められる伝達関数、コヒーレン
ス関数を求めるには、入力信号と出力信号のそれぞれ
を、ある有限長の時間窓で切り出さなければならない。
通常、入力信号を切り出す時間窓と出力信号を切り出す
時間窓の開始時刻及び時間窓長T(T=Nτ,τはサン
プリング間隔、Nはサンプル点数)は一致している。こ
の場合、対象とする伝達系のQが大きいときなどは、使
用した時間窓の長さが伝達系のインパルス応答の長さに
比べ十分でないことによる推定誤差(分解能偏り誤差)
が生じる。この分解能偏り誤差は、入力側の時間窓内の
信号に対する応答が、出力側の時間窓の外側に漏れ出
し、入力信号と相関のある信号成分が出力側の時間窓に
すべて反映されないことによって引き起こされる。たと
え時間窓長を十分に長くしても、入力側の時間窓内の後
端近傍の信号に対する応答が常に出力側の時間窓の外側
に漏れ出すために、分解能偏り誤差が残るという欠点を
含んでいる。In order to obtain a cross spectrum, a transfer function and a coherence function obtained by an operation using the cross spectrum, each of the input signal and the output signal must be cut out by a certain finite length time window. .
Normally, the start time and the time window length T (T = Nτ, τ is a sampling interval and N is the number of sampling points) of the time window from which the input signal is cut out and the time window from which the output signal is cut out are the same. In this case, when the Q of the target transmission system is large or the like, an estimation error (resolution bias error) due to the fact that the length of the used time window is not sufficient compared to the length of the impulse response of the transmission system.
Occurs. This resolution bias error is caused by the fact that the response to the signal within the input time window leaks out of the output time window, and the signal component correlated with the input signal is not completely reflected in the output time window. It is. Even if the time window length is made sufficiently long, the response to the signal near the rear end in the input time window always leaks outside the output time window, so that a resolution bias error remains. In.
【0011】そこで、本発明は、従来と比べ分解能偏り
誤差の小さいクロススペクトル、伝達関数、コヒーレン
ス関数を求めることのできるクロススペクトル演算装
置、伝達関数演算装置、及びコヒーレンス関数演算装置
を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention provides a cross spectrum calculator, a transfer function calculator, and a coherence function calculator capable of obtaining a cross spectrum, a transfer function, and a coherence function having a smaller resolution deviation error as compared with the prior art. Aim.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】図1(a),(b),
(c)は、それぞれ、本発明のクロススペクトル演算装
置、伝達関数演算装置、及びコヒーレンス関数演算装置
の構成を示したブロック図である。本発明のクロススペ
クトル演算装置(a)は、第1の演算手段12と第2の
演算手段14とで構成される。第1の演算手段12に
は、第1の時系列信号と第2の時系列信号が入力され
る。これら第1の時系列信号、第2の時系列信号はクロ
ススペクトルを求めること自体については何ら互いに関
連のない信号であってもよいが、通常は所定の信号伝達
系の入力信号と出力信号が選ばれる。第1の演算装置1
2に入力された第1の時系列信号、第2の時系列信号
は、図3に示すように、観念的に、互いに対応する時間
間隔毎にそれぞれ複数のブロックに分割されており、第
1の演算手段12においては、このように分割された第
1の時系列信号及び第2の時系列信号について、互いに
mブロック(m=0,1,2,…,M;Mは所定の正の
整数)だけずれたブロックどうしの合計M+1個のクロ
ススペクトル(ここではこれをディレイドブロッククロ
ススペクトルと称する)が演算される。第1の演算手段
12で求められた合計M+1個のディレイドブロックク
ロススペクトルは第2の演算手段14に入力される。こ
の第2の演算手段14は、入力されたM+1個のクロス
スペクトルに基づいて上記第1の時系列信号と上記第2
の時系列信号との間のクロススペクトルが演算され、こ
の第2の演算手段14から出力される。Means for Solving the Problems FIGS. 1 (a), (b),
(C) is a block diagram showing a configuration of a cross spectrum calculation device, a transfer function calculation device, and a coherence function calculation device of the present invention, respectively. The cross spectrum calculation device (a) of the present invention includes a first calculation means 12 and a second calculation means 14. The first time-series signal and the second time-series signal are input to the first calculation unit 12. The first time series signal and the second time series signal may be signals that are not related to each other at all for obtaining the cross spectrum, but usually, the input signal and the output signal of a predetermined signal transmission system are To be elected. First arithmetic unit 1
As shown in FIG. 3, the first time-series signal and the second time-series signal input to 2 are conceptually divided into a plurality of blocks at time intervals corresponding to each other. , The first time-series signal and the second time-series signal divided in this way are mutually m blocks (m = 0, 1, 2,..., M; M is a predetermined positive A total of (M + 1) cross spectra (herein referred to as delayed block cross spectra) of blocks shifted by an integer are calculated. A total of M + 1 delayed block cross spectra obtained by the first calculating means 12 are input to the second calculating means 14. The second calculating means 14 calculates the first time-series signal and the second time-series signal based on the input M + 1 cross spectra.
A cross spectrum with the time series signal is calculated and output from the second calculating means.
【0013】また、本発明の伝達関数演算装置(図1
(b))は、第3の演算手段22と第4の演算手段24
とから構成される。第3の演算手段22には、所定の信
号伝達系に入力される第1の時系列信号及びその信号伝
達系から出力される第2の時系列信号が入力される。こ
れら第1の時系列信号及び第2の時系列信号は、上述し
た本発明のクロススペクトル演算装置の場合と同様に、
図3に示すように、観念的に、互いに対応する時間間隔
毎にそれぞれ複数のブロックに分割されており、第3の
演算手段22においてはこのように分割された第1の時
系列信号及び第2の時系列信号について、互いにmブロ
ック(m=0,1,2,…,M;Mは所定の正の整数)
だけずれたブロックどうしの合計M+1個の伝達関数が
演算される。ここではこの伝達関数をディレイドブロッ
ク伝達関数と称する。第3の演算手段22で求められた
合計M+1個のディレイドブロック伝達関数は、第4の
演算手段24に入力される。この第4の演算手段24で
は、入力されたN+1個のディレイドブロック伝達関数
に基づいて上記信号伝達系の伝達関数が求められて出力
される。Further, the transfer function calculating device of the present invention (FIG. 1)
(B)) The third arithmetic means 22 and the fourth arithmetic means 24
It is composed of The first arithmetic unit 22 receives a first time-series signal input to a predetermined signal transmission system and a second time-series signal output from the signal transmission system. The first time series signal and the second time series signal are, as in the case of the above-described cross spectrum calculation device of the present invention,
As shown in FIG. 3, the blocks are conceptually divided into a plurality of blocks at each time interval corresponding to each other. , M blocks (m = 0, 1, 2,..., M; M is a predetermined positive integer)
A total of M + 1 transfer functions of blocks displaced by just one are calculated. Here, this transfer function is referred to as a delayed block transfer function. A total of (M + 1) delayed block transfer functions obtained by the third calculating means 22 are input to the fourth calculating means 24. The fourth calculation means 24 calculates and outputs the transfer function of the signal transfer system based on the input N + 1 delayed block transfer functions.
【0014】尚、本発明の伝達関数演算装置は、上記本
発明のクロススペクトル演算装置により求められるクロ
ススペクトルを用いて伝達関数を求めるものであり、し
たがって本発明の伝達関数演算装置は、上記本発明のク
ロススペクトル演算装置の一態様でもある。また本発明
のコヒーレンス関数演算装置(図1(c))は、第5の
演算手段32及び第6の演算手段34により構成され
る。第5の演算手段32には、所定の信号伝達系に入力
される第1の時系列信号及びその信号伝達系から出力さ
れる第2の時系列信号が入力される。これら第1の時系
列信号及び第2の時系列信号は、上述した本発明のクロ
ススペクトル演算装置、本発明の伝達関数演算装置の場
合と同様に、図3に示すように、観念的に、互いに対応
する時間間隔毎にそれぞれ複数のブロックに分割されて
おり、第5の演算手段32においてはこのように分割さ
れた第1の時系列信号及び第2の時系列信号について、
互いにmブロック(m=0,1,2,…,M;Mは所定
の正の整数)だけずれたブロックどうしの合計M+1個
のコヒーレンス関数(ここではこれをディレイドブロッ
クコヒーレンス関数と称する。)が演算される。第5の
演算手段32で求められた合計M+1個のディレイドブ
ロックコヒーレンス関数は、第6の演算手段34に入力
される。この第6の演算手段34では、入力されたM+
1個のディレイドブロックコヒーレンス関数に基づいて
上記信号伝達系のコヒーレンス関数が求められてこの第
6の演算手段34から出力される。The transfer function calculating device of the present invention calculates a transfer function using the cross spectrum obtained by the above-mentioned cross spectrum calculating device of the present invention. This is also one embodiment of the cross spectrum calculation device of the present invention. Further, the coherence function calculation device of the present invention (FIG. 1 (c)) includes a fifth calculation means 32 and a sixth calculation means 34. The first time-series signal input to a predetermined signal transmission system and the second time-series signal output from the signal transmission system are input to the fifth arithmetic unit 32. These first time-series signal and second time-series signal are conceptually, as shown in FIG. 3, as in the case of the above-described cross-spectrum calculation device of the present invention and the transfer function calculation device of the present invention. Each of the first time series signal and the second time series signal thus divided is divided into a plurality of blocks at time intervals corresponding to each other.
There are a total of M + 1 coherence functions (herein referred to as a delayed block coherence function) of blocks shifted from each other by m blocks (m = 0, 1, 2,..., M; M is a predetermined positive integer). Is calculated. A total of M + 1 delayed block coherence functions obtained by the fifth calculating means 32 are input to the sixth calculating means 34. In the sixth calculating means 34, the input M +
A coherence function of the signal transmission system is obtained based on one delayed block coherence function, and is output from the sixth arithmetic unit.
【0015】尚、本発明のコヒーレンス関数演算装置
も、上記本発明の伝達関数演算装置と同様に、上記本発
明のクロススペクトル演算装置により求められるクロス
スペクトルを用いてコヒーレンス関数を求めるものであ
り、したがって、本発明のコヒーレンス関数演算装置
は、上記本発明のクロススペクトル演算装置の一態様で
もある。The coherence function calculation device of the present invention also calculates a coherence function using the cross spectrum obtained by the cross spectrum calculation device of the present invention, similarly to the transfer function calculation device of the present invention. Therefore, the coherence function calculation device of the present invention is also one aspect of the cross spectrum calculation device of the present invention.
【0016】ここで、上記第1の演算手段〜第6の演算
手段は、それぞれ所期の機能を得るようにハードウェア
的に構成されたものであってもよいが、本発明において
はそれに限らずコンピュータ等にデータを入力しソフト
ウェア的に各機能を実現したものであってもよい。また
本発明においては、中間的な出力としてディレイドブロ
ッククロススペクトル、ディレイドブロック伝達関数、
又はディレイドブロックコヒーレンス関数が得られるこ
とは必ずしも必要ではなく、第1の演算手段12と第2
の演算手段14、第3の演算手段22と第4の演算手段
24、又は第5の演算手段32と第6の演算手段34が
一体的に構成されていてもよい。Here, each of the first to sixth arithmetic means may be constituted by hardware so as to obtain desired functions, but the present invention is not limited thereto. Alternatively, the functions may be realized by inputting data to a computer or the like and realizing each function by software. Further, in the present invention, as an intermediate output, a delayed block cross spectrum, a delayed block transfer function,
Alternatively, it is not always necessary to obtain a delayed block coherence function.
, The third computing means 22 and the fourth computing means 24, or the fifth computing means 32 and the sixth computing means 34 may be integrally formed.
【0017】[0017]
【作用】本発明では、入力側の時間窓に比べ出力側の時
間窓に時間遅れを与え、それぞれの信号を切り出し、先
ず、その間のクロススペクトル、伝達関数、コヒーレン
ス関数を求め、次にそれらを用いて全体のクロススペク
トル、伝達関数、コヒーレンス関数を求めるという手法
をとる。According to the present invention, a time delay is given to the time window on the output side as compared with the time window on the input side, and each signal is cut out. First, a cross spectrum, a transfer function, and a coherence function therebetween are obtained, and then, A method of obtaining the overall cross spectrum, transfer function, and coherence function using the above method.
【0018】これにより、分解能偏り誤差が押えられ、
後述する実施例において比較されるように、従来法と比
べ高精度のクロススペクトル、伝達関数、コヒーレンス
関数が求められる。As a result, a resolution bias error is suppressed,
As will be compared in the examples described later, a cross spectrum, a transfer function, and a coherence function with higher precision than the conventional method are obtained.
【0019】[0019]
【実施例】以下本発明及び従来法の理論的考察、比較を
行なう。ただし、前述したように、クロススペクトルは
伝達関数、コヒーレンス関数に内包されているため、ク
ロススペクトルのみを取り出した考察、比較は伝達関数
等の考察、比較と重複することとなる。したがって、こ
こではクロススペクトルのみを取り出した考察、比較は
省略する。 1.本発明による伝達関数推定法 1.1 ブロックごとの伝達関数の推定 ここでは、まず、入力として図2に示す第0ブロックだ
けに着目し、その入力に対する出力側の着目しているブ
ロック内への応答及び、そのブロックから漏れ出ている
応答の評価を行う。このために、第0ブロックの入力信
号x0 (n)による伝達系の応答信号のうち、第mブロ
ック(mは0以上の整数)内の成分に外乱雑音が加わっ
た出力信号をym (n)とする。x0 (n),ym
(n)の後に(M−1)×N個の零点の信号を付加した
信号をそれぞれx′0 (n),y′m (n)と表すと、
次式がそれぞれ成り立つ。EXAMPLES Theoretical considerations and comparison of the present invention and the conventional method will be described below. However, as described above, since the cross spectrum is included in the transfer function and the coherence function, the consideration and comparison of extracting only the cross spectrum overlap with the consideration and comparison of the transfer function and the like. Therefore, consideration and comparison of only the cross spectrum are omitted here. 1. 1. Transfer Function Estimation Method According to the Present Invention 1.1 Estimation of Transfer Function for Each Block Here, first, attention is paid only to the 0th block shown in FIG. The response and the response leaking from the block are evaluated. For this reason, among the response signals of the transmission system based on the input signal x 0 (n) of the 0th block, the output signal obtained by adding the disturbance noise to the components in the mth block (m is an integer of 0 or more) is represented by y m ( n). x 0 (n), y m
The signals obtained by adding (M-1) × N zero-point signals after (n) are expressed as x ′ 0 (n) and y ′ m (n), respectively.
The following equations hold respectively.
【0020】[0020]
【数3】 (Equation 3)
【0021】x′0 (n)とy′m (n)のMN点DF
TをおのおのX′0 (k)とY′m (k)とし、これら
の間のブロックドディレイ伝達関数を次のように推定す
る。MN point DF of x ' 0 (n) and y' m (n)
Let T be X ′ 0 (k) and Y ′ m (k), respectively, and estimate the blocked delay transfer function between them as follows.
【0022】[0022]
【数4】 (Equation 4)
【0023】ここで、G′m (k)はX′0 (k)と
Y′m (k)のクロススペクトルの平均値である。ま
た、このようにして求めたH′m (k)は入力信号のパ
ワーと、それと相関のある出力成分とのパワーの比であ
り、入力信号が定常で伝達系が線形であれば、入力信号
のブロックの番号によらず、入力信号と出力信号とのブ
ロック位置の差のみにより決定される。(9)式の分母
は以下のように表される。Here, G ' m (k) is the average value of the cross spectrum of X' 0 (k) and Y ' m (k). H ′ m (k) obtained in this manner is the ratio of the power of the input signal to the power of the output component correlated therewith. If the input signal is stationary and the transmission system is linear, the input signal Is determined only by the difference between the block positions of the input signal and the output signal. The denominator of the equation (9) is expressed as follows.
【0024】[0024]
【数5】 (Equation 5)
【0025】ここで、 z0 =exp(−j2π/MN) としている。また、入力信号x0 (n)の分散をσx 2と
おくと、 E[x0 (n)x0 (q)]=σx 2δ(n−q) が成立する。上式では、そのうちのk番目の周波数成分
のパワー σx 2(k)=σx 2/N の寄与を考えるから、Here, it is assumed that z 0 = exp (−j2π / MN). When the variance of the input signal x 0 (n) is set to σ x 2 , the following holds : E [x 0 (n) x 0 (q)] = σ x 2 δ (n−q) In the above equation, since the contribution of the power σ x 2 (k) = σ x 2 / N of the k-th frequency component is considered,
【0026】[0026]
【数6】 (Equation 6)
【0027】従って、Therefore,
【0028】[0028]
【数7】 (Equation 7)
【0029】と表わされる。 1.2 ブロックごとのDFTによる全体のDFTの計
算 任意の信号r(t)を図4に示すように、N点ごとに連
続してM個のブロックで切り出し、それぞれのブロック
に対して0〜M−1の番号をつける。第mブロック内の
信号rm (n)はrm (0),…,rm (N−1)のN
個のサンプルをもつ。(7)式及び(8)式と同様、r
m (n)の後に(M−1)N個の零点の信号を付加した
信号をr′m (n)と表す。r′m (n)に対してMN
点DFTを施して得られるスペクトルをR′m (k)と
表すとDFTの定義より次式が成り立つ。## EQU2 ## 1.2 Calculation of Overall DFT by DFT for Each Block As shown in FIG. 4, an arbitrary signal r (t) is cut out by M blocks continuously at every N points, and 0 to each block. Number M-1. Signal r m in the m-th block (n) is r m (0), ..., r m of (N-1) N
Has samples. As in the equations (7) and (8), r
m the (M-1) signal added to the signal of the N zeros after (n) represents the r 'm (n). MN for r ′ m (n)
When the spectrum obtained by performing the point DFT is represented by R ′ m (k), the following equation is established from the definition of DFT.
【0030】[0030]
【数8】 (Equation 8)
【0031】次に、M個のブロックをまとめて1つのブ
ロックとして考えてみる。その場合、ブロック内の信号
r(n)はMN個のサンプルr(0),…,r(MN−
1)をもつ。r(n)に対して、MN点DFTを施して
得られるスペクトルをR(k)と表すと、次式が成り立
つ。Next, let us consider the M blocks as one block. In that case, the signal r (n) in the block has MN samples r (0),..., R (MN−
1). If a spectrum obtained by applying the MN point DFT to r (n) is represented as R (k), the following equation is established.
【0032】[0032]
【数9】 (Equation 9)
【0033】(13)式の{ }内の式は次のように書
き直される。The expression in {} of the expression (13) is rewritten as follows.
【0034】[0034]
【数10】 (Equation 10)
【0035】ここで、n=0,1,…,N−1において r(n+mN)=rm (n) なる関係が成り立つことを用いた。(13)式に(1
4)式を代入すれば、[0035] Here, n = 0,1, ..., was used in the N-1 r (n + mN ) = r m (n) becomes the relationship holds. (13)
4) By substituting the equation,
【0036】[0036]
【数11】 [Equation 11]
【0037】(15)式に、(12)式を代入すればBy substituting equation (12) into equation (15),
【0038】[0038]
【数12】 (Equation 12)
【0039】となる。 1.3 ブロックごとの伝達関数による全体の伝達関数
の推定 図5のように、第0ブロック内の入力信号x0 (n)
と、第0〜(M−1)ブロックの出力信号y0 (n),
…,yM-1 (n)に着目する。x′0 (n)とy′0
(n),…,x′0 (n)とy′M-1 (n)のディレイ
ドブロック伝達関数は(9)式よりそれぞれH′0
(k),…,H′M-1 (k)で与えられる。H′0
(k),…,H′M-1 (k)のそれぞれをインパルス応
答の各ブロック信号h′0 (n),…,h′M-1 (n)
のMN点DFTとしてとらえ、h′m (n)を第0〜
(M−1)ブロックまで合成させた信号h B (n)を考
える(図6参照)。## EQU1 ## 1.3 Estimation of Overall Transfer Function Using Transfer Function for Each Block As shown in FIG. 5, the input signal x 0 (n) in the 0th block
And the output signals y 0 (n),
.., Y M-1 (n). x ' 0 (n) and y' 0
The delayed block transfer functions of (n),..., X ′ 0 (n) and y ′ M−1 (n) are respectively H ′ 0 from equation (9).
(K),..., H ′ M−1 (k). H ′ 0
(K), ..., H ' M-1 blocks signal h of the impulse response of each of the (k)' 0 (n) , ..., h 'M-1 (n)
H ′ m (n) as the MN point DFT of
Consider the signal h B (n) synthesized up to the (M-1) block (see FIG. 6).
【0040】h B (n)に対してMN点DFTを施して
得られるスペクトルをH B (k)と表すと、(16)式
より、次式が成り立つ。When a spectrum obtained by applying the MN point DFT to h B (n) is represented as H B (k), the following equation is established from the equation (16).
【0041】[0041]
【数13】 (Equation 13)
【0042】即ち、伝達系の伝達関数の推定値H B
(k)は、各ディレイドブロック伝達関数H′m (k)
に各係数exp(−j2πkm/M)を掛けたものを互
いに加算することにより求められる。尚、(17)式か
ら明らかなように、入出力信号間のクロススペクトルの
推定値G B (k)は、各ディレイドブロッククロススペ
クトルをG′m (k)としたとき、That is, the estimated value H B of the transfer function of the transfer system
(K) is each delayed block transfer function H ′ m (k)
Is multiplied by each coefficient exp (−j2πkm / M), and is added to each other. As is apparent from the equation (17), the estimated value G B (k) of the cross spectrum between the input and output signals is calculated assuming that each delayed block cross spectrum is G ′ m (k).
【0043】[0043]
【数14】 [Equation 14]
【0044】となる。 2.従来の通常の伝達関数推定法(H A (k)) 図7のように、第0〜(M−1)ブロックの入力信号x
0 (n),…,xM-1(n)と第0〜(M−1)ブロッ
クの出力信号y0 (n),…,yM-1 (n)に着目す
る。Is as follows. 2. As in the conventional normal transfer function estimation method (H A (k)) 7, the input signal x of the 0~ (M-1) block
0 (n), ..., x M-1 (n) and the 0~ (M-1) output signal of the block y 0 (n), ..., focusing on y M-1 (n).
【0045】M個のブロックを1つのブロックとしてと
らえ合成させた信号をそれぞれxM0(n),yM0(n)
とする。xM0(n)とyM0(n)のMN点DFTをおの
おのXM0(k)とYM0(k)とし、これらの間の伝達関
数をH A (k)とする。H A(k)は次式で表される。The signals obtained by assuming the M blocks as one block and combining them are x M0 (n) and y M0 (n), respectively.
And Let the MN point DFT of x M0 (n) and y M0 (n) be X M0 (k) and Y M0 (k), respectively, and let the transfer function between them be H A (k). H A (k) is represented by the following equation.
【0046】[0046]
【数15】 (Equation 15)
【0047】ここで、(16)式よりXM0(k)とYM0
(k)は次式で表される。From equation (16), X M0 (k) and Y M0
(K) is represented by the following equation.
【0048】[0048]
【数16】 (Equation 16)
【0049】(19)式よりE[X* m0 (k)X
M0(k)]は以下のように計算される。From equation (19), E [X * m0 (k) X
M0 (k)] is calculated as follows.
【0050】[0050]
【数17】 [Equation 17]
【0051】ここで、 E[X′i *(k)X′j (k)]=N2 σ2 x(k)δ
(i−j) なる関係を用いた。また、E[X* M0 (k)Y
M0(k)]は以下のように計算される。Here, E [X ′ i * (k) X ′ j (k)] = N 2 σ 2 x (k) δ
(Ij). Also, E [X * M0 (k) Y
M0 (k)] is calculated as follows.
【0052】[0052]
【数18】 (Equation 18)
【0053】ここで、因果性により i>jのとき E[X′i *(k)Y′j (k)]=0 であり、また、入出力信号が定常であることからi<j
のとき E[X′i *(k)Y′j (k)]=E[X′0 *
(k)Y′j-i(k)](=G′j-i (k))が成り立
つ。従って、次式が成り立つ。Here, E [X ′ i * (k) Y ′ j (k)] = 0 when i> j due to causality, and i < j because the input / output signal is stationary.
E [X ′ i * (k) Y ′ j (k)] = E [X ′ 0 *
(K) Y'ji (k)] (= G'ji (k)). Therefore, the following equation holds.
【0054】[0054]
【数19】 [Equation 19]
【0055】(20)式と(21)式を(18)式に代
入すると、次式が得られる。By substituting equations (20) and (21) into equation (18), the following equation is obtained.
【0056】[0056]
【数20】 (Equation 20)
【0057】(11)式より、H ′m (k)=G′m (k)/N2 σ2 X(k) であるから(22)式は次式となる。From equation (11), H ′ m (k) = G ′ m (k) / N 2 σ 2 X (k), so equation (22) is as follows.
【0058】[0058]
【数21】 (Equation 21)
【0059】H A (k)は入力信号と出力信号をそれぞ
れ切り出すブロックに時間遅れを与えていない、従来採
用されている通常の推定法により得られる伝達関数であ
る。 3.真の伝達関数の定義 単位インパルス応答h(n)を次式で仮定する。 H A (k) is a transfer function obtained by a conventionally used normal estimation method without giving a time delay to a block from which an input signal and an output signal are cut out. 3. Definition of true transfer function The unit impulse response h (n) is assumed by the following equation.
【0060】[0060]
【数22】 (Equation 22)
【0061】(24)式で与えられるh(n)をMN点
のブロックで切り出し、MN点DFTを施す。H (n) given by the equation (24) is cut out by the block of the MN point, and the MN point DFT is performed.
【0062】[0062]
【数23】 (Equation 23)
【0063】(25)式において、M→∞とした極限を
考えると(pi z0 k)MN→0であるから次式となる。[0063] In (25), and given the extreme that the M → ∞ (p i z 0 k) the following equation because it is MN → 0.
【0064】[0064]
【数24】 (Equation 24)
【0065】(26)式で与えられるH(k)が真の伝
達関数を表す。 4.H B (k),H A (k)の理論解 4.1 X′0 (k)とZ′0m(k)とのクロススペク
トルG′0m(k)の計算(m>1) N点長の第0ブロック内のq位置における単位インパル
スδ(n−q)による伝達系の応答信号のうちで、第m
ブロックに含まれる応答信号に(M−1)N個の零点付
加を施した信号のスペクトルをF′0m(k;q),(m
>1)とすれば、これは(24)式のh(n)のh(n
+mN−q)からN点の成分のフーリエ変換によって次
式のように定義できる。H (k) given by equation (26) represents a true transfer function. 4. H B (k), calculated (m> 1) N-point length of the cross spectrum G '0m (k) of the theoretical solution 4.1 X' 0 and (k) Z 'and 0 m (k) of H A (k) Of the response signals of the transmission system due to the unit impulse δ (n−q) at the q position in the 0 th block of the
The spectrum of the signal obtained by adding (M-1) N zeros to the response signal included in the block is represented by F'0m (k; q), (m
> 1), this results in h (n) of h (n) in equation (24).
+ MN-q) and can be defined as the following equation by Fourier transform of the components at N points.
【0066】[0066]
【数25】 (Equation 25)
【0067】(24)式を代入すれば、By substituting equation (24),
【0068】[0068]
【数26】 (Equation 26)
【0069】F′0m(k;q)を用いることによって、
第0ブロックの入力x0 (n)に起因する第mブロック
(m>1)の応答信号z0m(n)に、(M−1)N個の
零点付加を施した信号z′0m(n)のスペクトルZ′0m
(k)は次式で与えられる。By using F ′ 0m (k; q),
The response signal z 0 m of the m blocks due to input x 0 (n) of block 0 (m> 1) (n) , (M-1) signal subjected to N zeros additional z '0 m (n ) Spectrum Z ′ 0m
(K) is given by the following equation.
【0070】[0070]
【数27】 [Equation 27]
【0071】(29)式に(28)式を代入すると、By substituting equation (28) into equation (29),
【0072】[0072]
【数28】 [Equation 28]
【0073】ここでX′0 (k)とZ′0m(k)とのク
ロススペクトルをG′0m(k)とすると、G′0m(k)
は次式で与えられる。Here, assuming that the cross spectrum between X ′ 0 (k) and Z ′ 0m (k) is G ′ 0m (k), G ′ 0m (k)
Is given by the following equation.
【0074】[0074]
【数29】 (Equation 29)
【0075】ここで、入力信号x0 (n)の分散をσ2 x
と置くと、E[x0 *(n)x0 (q)]=σ2 xδ(n−
q)が成立する。また、上式では、そのうちのk番目の
周波数成分のパワーσ2 x(k)=σ2 x/Nの寄与を考え
るから、Here, the variance of the input signal x 0 (n) is represented by σ 2 x
Placing a, E [x 0 * (n ) x 0 (q)] = σ 2 x δ (n-
q) holds. Further, in the above equation, since the contribution of the power σ 2 x (k) = σ 2 x / N of the k-th frequency component is considered,
【0076】[0076]
【数30】 [Equation 30]
【0077】4.2 X′0 (k)とZ′00(k)との
クロススペクトルG′00(k)の計算(29)式におい
てm=0とおくと、第0ブロックの入力信号x0 (n)
に起因する第0ブロックの応答信号z00(n)に、(M
−1)N個の零点付加を施した信号z′00(n)のスペ
クトルZ′00(k)は次式で表される。4.2 Calculation of Cross Spectrum G '00 (k) of X' 0 (k) and Z '00 (k) If m = 0 in equation (29), the input signal x of the 0th block 0 (n)
, The response signal z 00 (n) of the 0th block due to
-1) The spectrum Z '00 (k) of the signal z' 00 (n) to which N zeros have been added is represented by the following equation.
【0078】[0078]
【数31】 (Equation 31)
【0079】ただし、F′00(k;q)は(27)式で
定義されるF′0m(k;q)のm=0と置いた場合と異
なり、N点の長さの窓内でn=qに入ったインパルス応
答h(n−q)(q<n<N)に関するフーリエ変換で
あるから、次式で定義される。However, F ′ 00 (k; q) is different from F ′ 0m (k; q) defined by the equation (27) when m = 0 is set in the window having the length of N points. Since the Fourier transform is related to the impulse response h (n−q) (q < n <N) where n = q, it is defined by the following equation.
【0080】[0080]
【数32】 (Equation 32)
【0081】更に、(24)式を代入して、(28)式
と同様に変形整理すれば、次式が得られる。Further, the following equation can be obtained by substituting the equation (24) and rearranging and modifying the equation in the same manner as the equation (28).
【0082】[0082]
【数33】 [Equation 33]
【0083】(32)式に(34)式を代入すると、次
式が得られる。By substituting equation (34) for equation (32), the following equation is obtained.
【0084】[0084]
【数34】 (Equation 34)
【0085】ここで、X′0 (k)とZ′00(k)との
クロススペクトルをG′00(k)とすると、G′
00(k)は次式で与えられる。Here, assuming that the cross spectrum of X ′ 0 (k) and Z ′ 00 (k) is G ′ 00 (k), G ′ 00 (k)
00 (k) is given by the following equation.
【0086】[0086]
【数35】 (Equation 35)
【0087】4.3 G′m (k)とG′0m(k),
G′00(k)との関係 第iブロック内の入力信号xi (n)による伝達系の応
答のうち、第mブロックのブロック内の成分をz
im(n)で表す。第mブロックの出力信号ym (n)に
は、それ以前のブロック内の入力信号による応答がすべ
て加わるから、第mブロックにおける外乱雑音をum
(n)として、ym (n)は次式で与えられる。4.3 G ′ m (k) and G ′ 0m (k),
Relationship with G ′ 00 (k) Of the response of the transmission system due to the input signal x i (n) in the i- th block, the component in the m-th block is represented by z
It is represented by im (n). Since the response from the input signal in the previous block is all added to the output signal y m (n) of the m-th block, the disturbance noise in the m-th block is represented by u m.
As (n), y m (n) is given by the following equation.
【0088】[0088]
【数36】 [Equation 36]
【0089】従って、Therefore,
【0090】[0090]
【数37】 (37)
【0091】(38)式を周波数領域で表現すると、Expression (38) is expressed in the frequency domain.
【0092】[0092]
【数38】 (38)
【0093】ここで、各ブロックごとのy′m (n),
z′ im (n),u′m (n)に対してMN点DFTを
施して得られるスペクトルをそれぞれY′m (k),
Z′im(k),U′m (k)と表している。従って、
X′0 (k)とY′m (k)のクロススペクトルの平均
値G′m (k)は次式で与えられる。Here, y ′ m (n),
The spectra obtained by performing the MN-point DFT on z ′ im (n) and u ′ m (n) are Y ′ m (k),
Z ′ im (k) and U ′ m (k). Therefore,
X '0 (k) and Y' mean value G of the cross spectrum of m (k) 'm (k ) is given by the following equation.
【0094】[0094]
【数39】 [Equation 39]
【0095】ここで、zim(n)はxi (n)による伝
達系の応答のうち、第mブロックのブロック内の成分で
あり、入力信号xi (n)及び外乱雑音um (n)は定
常で互いに無相関な白色雑音であるから、次式が成り立
つ。[0095] Here, z im (n) is out of the response of the transfer system by x i (n), is a component in a block of the m blocks, the input signal x i (n) and the disturbance noise u m (n ) Are stationary and uncorrelated white noises, so the following equation holds.
【0096】[0096]
【数40】 (Equation 40)
【0097】(40)式に、これら2つの式を代入する
と、G′m (k)は次式であらわされる。 G′m (k)=E[X′0 *(k)Z′0m(k)] …(41) (31)式のG′0m(k),(36)式のG′00(k)
を用いるとG′m (k)は以下のように表される。By substituting these two equations into equation (40), G ' m (k) is expressed by the following equation. G ′ m (k) = E [X ′ 0 * (k) Z ′ 0m (k)] (41) G ′ 0m (k) in equation (31) and G ′ 00 (k) in equation (36)
Is used, G ′ m (k) is expressed as follows.
【0098】[0098]
【数41】 [Equation 41]
【0099】4.4 本推定法による伝達関数H B
(k)の理論解4.4 Transfer Function H B by this Estimation Method
(K) theoretical solution
【0100】[0100]
【数42】 (Equation 42)
【0101】であるから、(42)式を用いて(17)
式は次式のように表せる。Therefore, using equation (42), equation (17)
The equation can be expressed as the following equation.
【0102】[0102]
【数43】 [Equation 43]
【0103】(31)式、(36)式を代入して、By substituting equations (31) and (36),
【0104】[0104]
【数44】 [Equation 44]
【0105】ここで、[ ]内は以下のように計算され
る。Here, [] is calculated as follows.
【0106】[0106]
【数45】 [Equation 45]
【0107】従って、H B (k)は次式のように整理さ
れる。Therefore, H B (k) is rearranged as follows.
【0108】[0108]
【数46】 [Equation 46]
【0109】4.5 通常の推定法による伝達関数H A
(k)の理論解H B (k)と同様にして、H A (k)を計算すると、4.5 Transfer Function H A by Normal Estimation Method
When H A (k) is calculated in the same manner as the theoretical solution H B (k) of (k),
【0110】[0110]
【数47】 [Equation 47]
【0111】5.計算結果 (24)式で仮定した5. Calculation result Assumed by equation (24)
【0112】[0112]
【数48】 [Equation 48]
【0113】において、P=1,Ci =1とし、∠pi
=π/4(一定)のもと|pi |を、0.95,0.
9,0.5と変化させたときのH B (k)とH A (k)
の値を、振幅と位相に分けて、それぞれ、図8〜図1
1、図12〜図15、図16〜図19にグラフで示す。
(ただし、N=16、M=3としている。) その結果、振幅及び位相の両方において、通常の推定法
H A (k)より本推定法H B (k)の方が真の伝達関数
との誤差が小さいことが分かる。 6.本発明によるコヒーレンス関数 6.1 ディレイドブロックコヒーレンス関数の導入 今、対象とする伝達系の入力信号を、図3に示すよう
に、N点ごとの時間窓で切り出して、それぞれの時間窓
に対して一連の番号をつける。そして、その一つ一つを
入力信号は第iブロック、出力信号は第mブロック
(i,mは任意の整数)と呼ぶことにする。まず、入力
として第0ブロックだけに着目し、その入力に対する出
力側の着目している時間窓内への応答及び、その時間窓
から漏れ出ている応答の評価を行う。このために、第O
ブロックの入力信号x0 (n)による伝達系の応答信号
のうち、第mブロック(mは0以上の整数)内の成分に
外乱雑音が加わった出力信号をym (n)とする。x0
(n),ym (n)の後に(M−1)×N個の零点の信
号を付加した信号をそれぞれx′0 (n),y′m
(n)と表すと、(7)式、(8)式がそれぞれ成り立
つ。In the equation, P = 1 and C i = 1, and ∠p i
= P / 4 (constant), | p i |
H B (k) and H A (k) when changed to 9, 0.5
Are divided into an amplitude and a phase, respectively, as shown in FIGS.
1, FIG. 12 to FIG. 15, and FIG. 16 to FIG.
(However, N = 16 and M = 3.) As a result, a normal estimation method is used for both the amplitude and the phase.
It can be seen that this estimation method H B (k) has a smaller error from the true transfer function than H A (k). 6. Coherence Function According to Present Invention 6.1 Introduction of Delayed Block Coherence Function Now, as shown in FIG. 3, an input signal of a target transmission system is cut out at a time window for every N points as shown in FIG. Give a series of numbers. Each of the input signals is called an i-th block, and the output signal is called an m-th block (i and m are arbitrary integers). First, focusing on only the 0th block as an input, the response to the input within the focused time window on the output side and the response leaking from the time window are evaluated. For this, the O-th
Among the response signals of the transmission system based on the input signal x 0 (n) of the block, an output signal obtained by adding disturbance noise to components in the m-th block (m is an integer of 0 or more) is defined as y m (n). x 0
Signals obtained by adding (M−1) × N zero-point signals after (n) and y m (n) are x ′ 0 (n) and y ′ m , respectively.
When expressed as (n), the equations (7) and (8) hold.
【0114】x0 (n)とym (n)のN点DFTをお
のおのX0 (k)とYm (k)と表し、またx′0
(n)とy′m (n)のMN点DFTをおのおのX′0
(k)とY′m (k)と表す。これらブロックごとのD
FTを用いれば、通常のコヒーレンス関数γ0 2(k)は
次のように記述できる。The N-point DFTs of x 0 (n) and y m (n) are represented as X 0 (k) and Y m (k), respectively, and x ′ 0
The MN point DFTs of (n) and y ′ m (n) are respectively X ′ 0
(K) and Y ′ m (k). D for each of these blocks
If FT is used, the ordinary coherence function γ 0 2 (k) can be described as follows.
【0115】[0115]
【数49】 [Equation 49]
【0116】次にコヒーレンス関数を求めるにあたり、
分析対象とする出力側の時間窓の位置を入力側から、F
FTの点数Nを1ブロックとして、mブロック(m>
0)だけ遅らせて演算することを考え、次式で定義す
る。(ディレイドブロックコヒーレンス関数)Next, in obtaining the coherence function,
From the input side, the position of the time window on the output side to be analyzed is
Assuming that the score N of the FT is one block, m blocks (m>
Considering that the calculation is delayed by 0), it is defined by the following equation. (Delayed block coherence function)
【0117】[0117]
【数50】 [Equation 50]
【0118】6.2 個々のディレイドブロックコヒー
レンス関数による全体のコヒーレンス関数(多重コヒー
レンス関数)の計算 入力信号、出力信号、外乱雑音のパワースペクトルのk
番目の周波数成分の真値をσx 2(k),σy 2(k),σ
u 2(k)と表すと、(10)式に基づいて次式がそれぞ
れ成り立つ。6.2 Calculation of Overall Coherence Function (Multiple Coherence Function) by Individual Delayed Block Coherence Function k of Power Spectrum of Input Signal, Output Signal and Disturbance Noise
Σ x 2 (k), σ y 2 (k), σ
When expressed as u 2 (k), the following equations hold based on equation (10).
【0119】 E[X′0 *(k)X′0 (k)] =N2 σx 2(k) E[Y′0 *(k)Y′0 (k)] =N2 σy 2(k) E[U′0 *(k)U′0 (k)] =N2 σu 2(k) …(47) 第0ブロック内の出力信号には、第0ブロック以前の時
間窓内の入力信号による伝達系の応答成分が含まれてい
る。従って、第0ブロックの出力のパワースペクトル
は、(9)式で定義したH′m (k)と第0ブロックの
出力に入る外乱のスペクトルU′0 (k)を用いて次式
のように表すことができる。E [X ′ 0 * (k) X ′ 0 (k)] = N 2 σ x 2 (k) E [Y ′ 0 * (k) Y ′ 0 (k)] = N 2 σ y 2 (K) E [U ′ 0 * (k) U ′ 0 (k)] = N 2 σ u 2 (k) (47) The output signal in the 0th block includes the time window before the 0th block. The response component of the transmission system by the input signal is included. Therefore, the power spectrum of the output of the 0th block is expressed by the following equation using H ′ m (k) defined by the equation (9) and the spectrum U ′ 0 (k) of the disturbance entering the output of the 0th block. Can be represented.
【0120】[0120]
【数51】 (Equation 51)
【0121】図20に示すように、入力信号x(t)
は、第−(M−1)〜第0ブロック、出力信号y(t)
は、第0ブロックに着目する。x(t)のブロックごと
の信号x′0 (n),x′-1(n),…,x′
-(M-1)(n)は、それぞれH′0 (k),H′1
(k),…,H′M-1 (k)を通じてy(t)の第0ブ
ロック内の信号y′0 (n)に応答している。これは、
図21に示すような多入力線形系として、とらえること
ができる。この系の多重関連度関数(multiple
coherence function)は次式で定
義される。As shown in FIG. 20, the input signal x (t)
Are the-(M-1) to 0-th blocks, and the output signal y (t)
Focuses on the 0th block. The signals x ' 0 (n), x' -1 (n), ..., x 'for each block of x (t)
- (M-1) (n ) are each H '0 (k), H ' 1
(K),..., H ′ M−1 (k), and responds to the signal y ′ 0 (n) in the zeroth block of y (t). this is,
It can be considered as a multi-input linear system as shown in FIG. The multiple relevance function of this system (multiple
The coherence function is defined by the following equation.
【0122】[0122]
【数52】 (Equation 52)
【0123】ところで、先に考えたディレイドブロック
コヒーレンス関数(46)式に(11),(47)式を
代入するとBy the way, when the equations (11) and (47) are substituted into the delayed block coherence function (46) considered above,
【0124】[0124]
【数53】 (Equation 53)
【0125】(49)式に(50)式を代入すると次式
となる。By substituting equation (50) into equation (49), the following equation is obtained.
【0126】[0126]
【数54】 (Equation 54)
【0127】M→∞として考えた場合When M is considered as ∞
【0128】[0128]
【数55】 [Equation 55]
【0129】(47),(48)式より、From equations (47) and (48),
【0130】[0130]
【数56】 [Equation 56]
【0131】であるから、(51)式は次式となる。Therefore, the equation (51) becomes the following equation.
【0132】[0132]
【数57】 [Equation 57]
【0133】式をまとめて整理すると、When the expressions are summarized and summarized,
【0134】[0134]
【数58】 [Equation 58]
【0135】7.コヒーレンス関数の理論解 (39)式より、出力信号y′m (n)のパワースペク
トルの平均値は、次式で与えられる。7. Theoretical Solution of Coherence Function From equation (39), the average value of the power spectrum of the output signal y ′ m (n) is given by the following equation.
【0136】[0136]
【数59】 [Equation 59]
【0137】ここで、入力信号と外乱雑音の定常性の仮
定から、Here, from the assumption of the stationarity of the input signal and the disturbance noise,
【0138】[0138]
【数60】 [Equation 60]
【0139】なる関係を用いた。第0ブロックの入力信
号と第mブロックの出力信号より得られるディレイドブ
ロックコヒーレンス関数γ′m 2(k)は、“第mブロッ
クの観測信号y′m (n)のパワースペクトル”に対す
る、“第0ブロックの入力信号x′0 (n)に起因する
第mブロックの応答信号z′0m(n)のパワースペクト
ル”の比であるから、次式で表される。The following relationship was used. The delayed block coherence function γ ′ m 2 (k) obtained from the input signal of the 0-th block and the output signal of the m-th block is “the power spectrum of the observation signal y ′ m (n) of the m-th block”, This is the ratio of the power spectrum of the response signal z'0m (n) of the m-th block caused by the input signal x'0 (n) of the zeroth block, and is expressed by the following equation.
【0140】[0140]
【数61】 [Equation 61]
【0141】次に、(24)式でP=1としたとき(h
(n)=ci pi n)の、(53)式で与えられる多重コ
ヒーレンス関数γ′m・M 2(=γ′B 2(k))の解析解を
導出する。(28)式及び(29)式より、Z′
0m(k),(m>1)のパワースペクトルは次式で表さ
れる。Next, when P = 1 in the equation (24) (h
(N) = a c i p i n), to derive an analytical solution of (53) multiple coherence function γ 'm · M 2 (= γ' given by formula B 2 (k)). From equations (28) and (29), Z ′
The power spectrum of 0m (k), (m > 1) is represented by the following equation.
【0142】[0142]
【数62】 (Equation 62)
【0143】(32)及び(34)式より、Z′
00(k)のパワースペクトルは次式で表される。From equations (32) and (34), Z ′
Power spectrum of 00 (k) is expressed by the following equation.
【0144】[0144]
【数63】 [Equation 63]
【0145】ここで、Here,
【0146】[0146]
【数64】 [Equation 64]
【0147】(57)式より、次式が計算される。The following equation is calculated from the equation (57).
【0148】[0148]
【数65】 [Equation 65]
【0149】ここで、Here,
【0150】[0150]
【数66】 [Equation 66]
【0151】|pi |<1のとき、|pi |2N(M-1) →
0(M→∞)であるから、When | p i | <1, | p i | 2N (M−1) →
Since 0 (M → ∞),
【0152】[0152]
【数67】 [Equation 67]
【0153】で、Then,
【0154】[0154]
【数68】 [Equation 68]
【0155】(53)式、(56)式、(58)式、
(59)式、(60)式より、多重コヒーレンス関数γ
B 2(k)は次式で与えられる。The equations (53), (56), (58),
From equations (59) and (60), the multiple coherence function γ
B 2 (k) is given by the following equation.
【0156】[0156]
【数69】 [Equation 69]
【0157】時間窓の長さをMNτとしたときの通常の
コヒーレンス関数γA 2(k)は、γ0 2(k)においてN
をMNに置き換えた次式で与えられる。[0157] ordinary coherence function γ A 2 (k) when the length of the time window and MNτ is, γ 0 2 (k) at N
Is replaced by MN.
【0158】[0158]
【数70】 [Equation 70]
【0159】8.計算結果 (24)式で仮定した8. Calculation result Assumed by equation (24)
【0160】[0160]
【数71】 [Equation 71]
【0161】において、P=1,ci =1,∠pi =π
/4,および|pi |=0.95とし、σu 2(k)/σ
x 2(k)を0,1,10,100と変化させたときのγ
B 2(k),γA 2(k)の値を、それぞれ図22〜図25
にグラフで示す。(ただし、N=16,M=3としてい
る。)その結果、全周波数帯域にわたって、通常のコヒ
ーレンスより多重コヒーレンスの方が値が大きい。特
に、σu 2(k)/σx 2(k)=0の外乱雑音が存在しな
いとき、かつ伝達系が線形の理想的な条件においても、
図22に示すように、通常のコヒーレンスでは共振周波
数付近で値が落ちるが、多重コヒーレンスではそれをよ
く改善している。Where P = 1, c i = 1, ∠p i = π
/ 4, and | p i | = 0.95, and σ u 2 (k) / σ
γ when x 2 (k) is changed to 0, 1, 10, 100
The values of B 2 (k) and γ A 2 (k) are shown in FIGS.
Is shown in the graph. (However, N = 16 and M = 3.) As a result, the value of the multiple coherence is larger than that of the normal coherence over the entire frequency band. In particular, when there is no disturbance noise of σ u 2 (k) / σ x 2 (k) = 0, and under ideal conditions where the transfer system is linear,
As shown in FIG. 22, the value drops near the resonance frequency in the ordinary coherence, but it is improved well in the multiple coherence.
【0162】[0162]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
入力側のブロックに対し出力側のブロックに時間遅れ
(時間遅れ零の場合を含む)を与え、先ずその時間遅れ
を与えたブロック間でクロススペクトル、伝達関数、コ
ヒーレンス関数を求め、次にそれらを用いて全体のクロ
ススペクトル、伝達関数、コヒーレンス関数を求めると
いう手法を採用したものであるため、従来法と比べ、分
解能偏り誤差の少ない、高精度のクロススペクトル、伝
達関数、コヒーレンス関数が求められる。As described in detail above, the present invention provides
A time delay (including a case of zero time delay) is given to the output side block with respect to the input side block. First, a cross spectrum, a transfer function, and a coherence function are obtained between the blocks to which the time delay is given. Since this method adopts a method of calculating the entire cross spectrum, transfer function, and coherence function using the method, a high-accuracy cross spectrum, transfer function, and coherence function having less resolution deviation error than the conventional method can be obtained.
【図1】本発明のクロススペクトル演算装置、伝達関数
演算装置、コヒーレンス関数演算装置の構成を示したブ
ロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a cross spectrum calculation device, a transfer function calculation device, and a coherence function calculation device of the present invention.
【図2】対象とする信号伝達系を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a target signal transmission system.
【図3】入力出信号の分割を示した模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing division of an input output signal.
【図4】N点時間窓とNM点時間窓を示した模式図であ
る。FIG. 4 is a schematic diagram showing an N-point time window and an NM-point time window.
【図5】時間遅れを考慮した伝達関数推定法を示した模
式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a transfer function estimation method in consideration of a time delay.
【図6】合成されたインパルス応答を示した模式図であ
る。FIG. 6 is a schematic diagram showing a combined impulse response.
【図7】通常の伝達関数推定法を示した模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a normal transfer function estimation method.
【図8】|pi |=0.95の場合の伝達関数の振幅の
グラフである。FIG. 8 is a graph of the amplitude of the transfer function when | p i | = 0.95.
【図9】|pi |=0.95の場合の伝達関数の振幅
の、真値からの差分のグラフである。FIG. 9 is a graph showing the difference between the true value and the amplitude of the transfer function when | p i | = 0.95.
【図10】|pi |=0.95の場合の伝達関数の位相
のグラフである。FIG. 10 is a graph of the phase of the transfer function when | p i | = 0.95.
【図11】|pi |=0.95の場合の伝達関数の位相
の、真値からの差分のグラフである。FIG. 11 is a graph showing the difference between the true value and the phase of the transfer function when | p i | = 0.95.
【図12】|pi |=0.90の場合の伝達関数の振幅
のグラフである。FIG. 12 is a graph of the amplitude of the transfer function when | p i | = 0.90.
【図13】|pi |=0.90の場合の伝達関数の振幅
の、真値からの差分のグラフである。FIG. 13 is a graph showing the difference between the true value and the amplitude of the transfer function when | p i | = 0.90.
【図14】|pi |=0.90の場合の伝達関数の位相
のグラフである。FIG. 14 is a graph of the phase of the transfer function when | p i | = 0.90.
【図15】|pi |=0.90の場合の伝達関数の位相
の、真値からの差分のグラフである。FIG. 15 is a graph showing the difference between the true value and the phase of the transfer function when | p i | = 0.90.
【図16】|pi |=0.50の場合の伝達関数の振幅
のグラフである。FIG. 16 is a graph of the amplitude of the transfer function when | p i | = 0.50.
【図17】|pi |=0.50の場合の伝達関数の振幅
の、真値からの差分のグラフである。FIG. 17 is a graph showing the difference between the true value and the amplitude of the transfer function when | p i | = 0.50.
【図18】|pi |=0.50の場合の伝達関数の位相
のグラフである。FIG. 18 is a graph of the phase of the transfer function when | p i | = 0.50.
【図19】|pi |=0.50の場合の伝達関数の位相
の、真値からの差分のグラフである。FIG. 19 is a graph of the difference between the true value and the phase of the transfer function when | p i | = 0.50.
【図20】着目する入力出のブロックを示した模式図で
ある。FIG. 20 is a schematic diagram showing an input / output block of interest.
【図21】多入力線形系を示した模式図である。FIG. 21 is a schematic diagram showing a multi-input linear system.
【図22】σu 2(k)/σx 2(k)=0の場合のコヒー
レンス関数のグラフである。FIG. 22 is a graph of a coherence function when σ u 2 (k) / σ x 2 (k) = 0.
【図23】σu 2(k)/σx 2(k)=1の場合のコヒー
レンス関数のグラフである。FIG. 23 is a graph of a coherence function when σ u 2 (k) / σ x 2 (k) = 1.
【図24】σu 2(k)/σx 2(k)=10の場合のコヒ
ーレンス関数のグラフである。FIG. 24 is a graph of a coherence function when σ u 2 (k) / σ x 2 (k) = 10.
【図25】σu 2(k)/σx 2(k)=100の場合のコ
ヒーレンス関数のグラフである。FIG. 25 is a graph of a coherence function when σ u 2 (k) / σ x 2 (k) = 100.
12 第1の演算手段 14 第2の演算手段 22 第3の演算手段 24 第4の演算手段 32 第5の演算手段 34 第6の演算手段 12 first computing means 14 second computing means 22 third computing means 24 fourth computing means 32 fifth computing means 34 sixth computing means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 正樹 宮城県仙台市青葉区八幡3−2−9遠藤 ビル303 (72)発明者 金井 浩 宮城県仙台市青葉区中山4丁目18−1− 301 (72)発明者 中鉢 憲賢 宮城県仙台市青葉区貝ケ森4丁目3−18 (56)参考文献 特開 平4−29068(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 27/28 G06F 17/10 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Masaki Imai 3-2-9 Endo Building, 3-2-9 Yawata, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (72) Inventor Hiroshi Kanai 4-181-1-301 Nakayama, Aoba-ku, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture. (72) Inventor Kenken Nakabachi 4-3-1-18 Kaigamori, Aoba-ku, Sendai, Miyagi Prefecture (56) References JP-A-4-29068 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB G01R 27/28 G06F 17/10
Claims (3)
数のブロックに分割された第1の時系列信号及び第2の
時系列信号について、互いにmブロック(m=0,1,
2…,M;Mは所定の正の整数)だけずれたブロックど
うしの合計M+1個のクロススペクトルを求める第1の
演算手段と、 これらM+1個のクロススペクトルに基づいて前記第1
の時系列信号と前記第2の時系列信号との間のクロスス
ペクトルを求める第2の演算手段とを備えたことを特徴
とするクロススペクトル演算装置。1. A first time series signal and a second time series signal, each of which is divided into a plurality of blocks at each time interval corresponding to each other, are m blocks (m = 0, 1,
.., M; M is a predetermined positive integer). First arithmetic means for calculating a total of M + 1 cross spectra of blocks shifted from each other by the first block, based on the M + 1 cross spectra.
A second calculating means for calculating a cross spectrum between the time series signal and the second time series signal.
数のブロックに分割された、所定の信号伝達系に入力さ
れる第1の時系列信号及び該信号伝達系から出力される
第2の時系列信号について、互いにmブロック(m=
0,1,2,…,M;Mは所定の正の整数)だけずれた
ブロックどうしの合計M+1個の伝達関数を求める第3
の演算手段と、 これらM+1個の伝達関数に基づいて前記信号伝達系の
伝達関数を求める第4の演算手段とを備えたことを特徴
とする伝達関数演算装置。2. A first time series signal input to a predetermined signal transmission system and a second time series output from the signal transmission system, each of which is divided into a plurality of blocks at each time interval corresponding to each other. For signals, m blocks (m =
0, 1, 2,..., M; M is a predetermined positive integer).
And a fourth calculating means for obtaining a transfer function of the signal transfer system based on the M + 1 transfer functions.
数のブロックに分割された、所定の信号伝達系に入力さ
れる第1の時系列信号及び該信号伝達系から出力される
第2の時系列信号について、互いにmブロック(m=
0,1,2,…,M;Mは所定の正の整数)だけずれた
ブロックどうしの合計M+1個のコヒーレンス関数を求
める第5の演算手段と、 これらM+1個のコヒーレンス関数に基づいて前記信号
伝達系のコヒーレンス関数を求める第6の演算手段とを
備えたことを特徴とするコヒーレンス関数演算装置。3. A first time series signal input to a predetermined signal transmission system and a second time series output from the signal transmission system, each of which is divided into a plurality of blocks at each time interval corresponding to each other. For signals, m blocks (m =
0, 1, 2,..., M; M is a predetermined positive integer). Fifth calculating means for calculating a total of M + 1 coherence functions between blocks, and the signal based on the M + 1 coherence functions. 6. A coherence function calculation device comprising: a sixth calculation means for obtaining a coherence function of a transfer system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4246524A JP3033871B2 (en) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Cross spectrum operation device, transfer function operation device, and coherence function operation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4246524A JP3033871B2 (en) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Cross spectrum operation device, transfer function operation device, and coherence function operation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207957A JPH06207957A (en) | 1994-07-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 1992-09-16 JP JP4246524A patent/JP3033871B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH06207957A (en) | 1994-07-26 |
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