Адаптивный вычислитель скользящего среднего значения сигнала Советский патент 1983 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к средствам .вычислительной техники и предназначено ДЛЯ систем анализа вероят нух свойств сигналов в условиях малой anpnoFiHoe инфО1 4дции о классе , исследу©№1Х случайных сигналов. а та1сже для устройств текущего центрирования нестационарных сигналов, например в радиофизике оке нологии, технической диагностике. Известен Щаптивнь{й В1:2числитель, содержащий усреднитель, выход кото.рого подключен к первс 1у входу блок вычитания, второй вход которого объ динено первьм входом усреднителя и является входсял вычислителя, а вт ,рой вход усреднителя соединен с выходом блока коррекции параметров вычисления {. Недостатком такого вычислителя я лйётся низкое йастродействие из-за необходимости получениятекущей инфо мации о величине мощности входного .сигнала. Наиболее близким по технической сущности к из эбрез еншо является адаптивное устройство содержащее 1Г)следовател но соеихиненные первый усреднитель, первый форчирователь модуля, Фо1 адроватёль заданной допус тимой погрешности (устройство НОР-М рования с регистром числа), блок сравнения (блок вычитания) и бл коррекции, к входу первого усреднителя подключены последовательно соединенные устройство вычитания, второй усреднитель, второй формиро . ват ель модуля , выхсд которого соединен с вторым входом блока сравнения , а выход блока коррекции соединен с управляющими входами первого, и второго усреднителей, причои втоя рой вход устройства вычитания соеди ней с выходом первого усреднителя f2.. Недостатком указанного вычислит я (прототипа) являемся возможнос аптации лишь по одной составляющей погрешности ,.дисперсии измерен is ВТО времякак вторая составляю-, щая (смещение оценки среднего значения или динамическая опибка) he учитывается, что приводит к большим пограаностям измерений при наличии нестационарных участков сигнала и к низкому быстродействию вычислений из-за медленной сходимости оценки среднего значения ввиду того адаптивной коррекции парамет ра ct вычислитель учитывает лишь дисперсию сигнала но не его свойства нестационарностр. Цёль изобретения - повьгшение точности и быстрюдействия за счет но:вой вычислительной процедуры и новой организации структуры адаптичногр вычислителя, учитывающей возникающие динамические погрешности вычислений.. Для Достажения цели в адаптивный вычислитель скользящего среднего значения сигнала, содержащий первый усреднитель, выход которог6..подклюг чен к первсялу входу первого блока вычитания и к входу первого форми- рователя модуля, выход которого сое- динен с первым входом блока нормирования, выход которого подключен к первсллу входу первого блока сравнения блок коррекции сигнала, выход которого соединен с .первым1г входами первого и второго усреднителей, второА вход первого усреднителя объединен с вторым входом первого блока вычитания и Является BXQQOM вычисли тёля,.выход первого усреднителя является вшсрдом оценки с даднего значения, второй формирователь модуля, введены второй блок вычитания, третий усреднитель, третий формирователь модуля, регистр числа, второй блок сравнения, cyNMaTOp, при этом выход третьего усреднителя подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вхоц которого соединен с выходом первого усреднителя, выхац второго блсжа вычитания подключен через третий формирователь модуля к первсилу входу второго блока сравнения, второй вхад которого соединен с выходом блока йормирования, J Dtoды первого и второго блоков I сравнения подключены соответственно к первому и второму уходам сумматора, выход которого соединен с входом блока коррекции, выход которого подключен к первс лу входу третьего усреднителя, второй вход котсфого является входом устройства, выход первого блока вычитания соединен с входом второго фоЕ кро9ателя модуля и является выходом сценки цент жрованного значения сигнала вычислителя J выход второго фоцлшрователя модуля подключен к входу второго „ усреднителя, выхсщ которого соединен с вторым входом первого бло ка сравнения. .i На чертеже представлена блок-схема предложенного устройства. Адаптивный вычислитель скрльэ-яще го среднего значения сигнала содержит первый усреднитель 1, першлй фо1 «1рователь мсадуля, 3 ..вощнрования регистр 4 числа,первый блок 5 вычитания,второй формирователь б моду ля, второй усреднитель 7,, первый блок 8 сравнения, третий усреднитель 9 , второй блок 10 вычитания, третий формироват,ф1Ь 11 модуля, второй ,блок 12 сравнения,|сумматьр ГТ 5ЛОК 14 коррё1щии 4ЯГйала. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии в усредни тед1ях 1 и 7 установлено начальное значение параметра сглаживания (в пределах О ot otp - 1 ) ,а в усреднителе 9- эначен;1е р о6{,/2. В регистре числа записано число., соответствующее максимально допустимой погрешности вычислений относительно1е значение) . В начале вычислений последовательность отсчетов X. X (1А i) пос тупает. в усреднители 1 и 9, в которых вычисляются оценки средних значений М им,- этого сигнала, например, по алгоритму экспоненциал ного сглаживания.. i f.o rKi,). .-,/1. - оценки среднего значения/ полученные по предыдущим (1-1) отсчетам сигнала в усреднителях 1 и 9 соответственно, а разность 4 Х| ( Х ) образуется при этом на выходе блока 5 вычитания. Т.е. производится центрирование сигнала X (т д{)дХ (4де) дх; В формирователе б модуля образует ея последовательность модулей {дХг1 поступающая во в г6ррй усреднитель 7, в котором в результате усреднени формируется оценка среднеквадратйче кого отклонения ё-{ исследуемого сиг нала, напримёрг в соответствии с вы -ражениеМ;;.;.;-;.-;. . ; ,-:- ; 1 иЯ||4И- ы) (2) После некоторого количества Ы (где NO « - / о ) усреднителях 1.9 и 7 формируются оценки Kg, , . котОЕие являются начальной информацией йяя вьшолнения процедуры адапт-ации параметра . для текущей Корректировки значений ct (Фиг,2,еОбозначим циклы адаптации K i-Wfp Фогда дикл адаптации 1{ -1,М|5.д начинается поступлении на вход адаптийнрго вычислителя очередного от счета сигнала. Для, краткости записи обозначим его 5с, «i вычисляла) по нему в усреднителе 1 оценка среднего .значения 3 :А,,Л).(зг с выхсща усреднителя 1 оценка М поступает однрврглеино в три канала в последовательно соединенные бЛок вычитания t.. Формирователь 6 модуля и второй .усрадиитель7, в которых осуществляются преобоазования по формированию оценки 8 в соответствии с выражением (2); в последовательно соединенные формирователь 2 модуля и блок 3 нoF Iиpoвaни в которых выполняются преобразования .по формированию текущего абсолютного яачения допустимой погрешности вычисления,l. Hi где - относительное допустимое значение погрешности вычислений среднего зиаг чения /( запИсано в регистре 4 числа); в канал усреднитель 9 - бАок 10 вычитаИия- формирователь модуля , в котором производится вычисление абсолютного значения оценки см цения 7&, как cnkoft из двух основных методических составляющих погр иности : в усреднителе 9 сформируется оцениваемое значение АС, котррое подается на первый вход блока 10 вычитания, на втрррй в;хрд кртррргр при этрм подается значение Я,. Их разность поступает в формирователь 11 модуля, на выхрде которого формируется величииа . . ; м dK,|«,-M (Я Все эти преобразования производят ся одновременно в трех к 1налё1Х,после чего значения б и дМ подаются на входы блоков 8 и 12 сравнения соответственно, а иа другие Bxopfa подается текущее значение нррмиррваниой пргрешнрсти вычислений На выхрде блрков 8(12} сравнения гырабать1 аютсй соответств5гаощие знаковые функции: а,.л,. fi,npH .; ,aM-A, . Срответственно jja первый и вторрй входа сумматрра 13 поступают едивичныеЛ импульсы (илиг нули кртсчрые сумушруются сумматоре 13 и подшотсй на,вход блока 14, котрP OL арабатавает пррпорциоиальнре aifoti сумме чйслр ( ) t где / - шаг коррекции па.раметра в (напрюлер младший разряд числавО . ЭТР корректирующее воздействие полается на управляющие входы усредиителей 1,7 и 9, в которых устанавливается нрвре зиачеиие йостояяиой сглажив ания о.. о6д-1-лв, . Этш4 завершается первый цикл адаптации вычислений текущего сред него значения М.

Введенные таким образом в режим.адаптации вычислителя последующие 2,3,.. K-biJf циклы адаптивной постройки параметра eff производят аналогично первому и в соответствии с указанными соотношениями. Так, к-ый цикл адапт щии.начинается при поступлении Хц Х/иГд.ц отсчета сигнала, после чего работает выражение

Л,.,-сС,(.) в соответстви и с которым в блоках производятся соответствующие преобразования и выработка следующего

. корректирующего воздействия 4oi на усреднители 1,7 и 9.

Таким образом, постоянно сравнивая текущие значения смешений Рц оценки У1 к и ее среднеквадрати5 ческого отклонения с допустимым значением norpjemHocTHjA f осуществляется минимизация с:У1ипйарной погрешности оценки значенияW текущей коррекцией соответствующей постоянной сглаживания ot(tg , что приводит также к .

существенному увеличению йыстро действия (скорости адаптации) при различных типах нсстационарностей сигналов по сравнению с вычислите

5 лем-прототипом.

xii&i