Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием Советский патент 1983 года по МПК G01R23/16 

ный ряд .(N+1 ) буферных регистров, 8ыхо,цы которых соединены с вторыми входами первого ряда элементов ИЛИ, причем выход делителя кода соединен с входом первого регистра числа, выход третьего дополнительного элемента ИЛИ подключен к второму входу второго блока умножения, вход третьего регистра числа соединен с. выходом второго блока умножения и с первым входом пятого допрлнительного элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого накапливающего сумматора второго ряда (N+1 ) Накапливающих сумматоров, а второй вход блока сравнения подключен к входу элемента И.

АДОПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР С ЛИНЕЙНЫМ ПРЕДСКАЗАНИЕМ,.содержащий Фурье-преобраэрватель, ряд (N+1) умножителей, ряд (ц .+1) накап-. ливающих сумматоров, входы которых соединены с входами многовходового сумматора, последовательно соединенные первый регистр числа, блок умножения, второй регистр числа, последовательнр соединенные квантователь и ряд N jReiPHCTpba сдвига,t выход многовхсздоЪого сумматора Соединен входом блока умножения, а выходы ряда накапливающих сумматоров подключены к соответствующим входам первого элемента ИЛИ, при этом Фурьепреобразователь содержит регистр числа к последовательно соединенные постоянные запоминающее.устройство и арифметический блок, второй вход которого соединен с выходом регистра числа, а выход подключен к входу регистра числа и входу Фурье-преобраг.зователя и является выходом адаптивного анализатора, отличаю-, ... щ и и с я тем, что, с.целью увеличения быстродействия анализа„спектра , в него введены дополнительно ряд ( N+1 ) к точей, второй ряд ( N+1 ) накапливгСкхдих су 1маторов, первый и второй рядыЛ N+1 ) элементов-ИЛИ, делитель кода, дополнительные второй и третий, элементы ИЛИ, ряд (N+1 )i буферных регистров, входной и выходной ключи, последовательно соеданенныё третий регистр числа, четвертый элемент ИЛИ, второй блок умножения, пятый элемент ИЛИ, а также элемент И дополнительный накапливающий сумматор и блок сравнения, при этом.выходы квантователя и ряда регистров сдвига Через первые входы первого ряда элементов ИЛИ соединены с первыми входами ряда (N+1 ) умножителей, выходы которых подключены к входам ряда (N+1)) ключей, первые |рыхода которых п6дкл:очены к входам второго ряда 1 ) накапливаемых су.1маторов, вторые выходы - к соответствующим входам многовходового сумматора, к вторым входс1М ряда умножителей через первые КО входы второго ряда соответствукяцих элементов ИЛИ подключены выхода первого ряда накапливающих cyi MOTOpOB, входы которых подключены, к вторым выходам ряда ( к+1 ) ключей а вторые g входы второго ряда элементов ИЛИ соединены с выходом второго регистра числа, с вторыми входами третьего И четвертого дополнительныхэлемент тов ИЛИ и .через входной ключ подклю-, 1чены к выходу квантователя, причем .irвыход дополнительного накапливаюкаего сумматора соединен с входом делителя кода, первым входом третьего дополнительного элемента ИЛИ и соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу выходного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения и вторвлм входом элемента И первый выход выходного ключа подключен к входу Фурье-преобразователя, второй выход - к- соответствующему входу второго дополнительного элемента ИЛИ, другие входы которого соеди-.и иены с выходом второго (N4-1 ) накапливающих сумматоров, к выходу .второго дополнительного элемента ИЛИ подключен последовательно соединен

. Изобретение относится к измерител ным приборам и предназначено для анализа вероятностных характеристик случайных процессов. Известны анализаторы, содержащие квантователь, регистры сдвига, умножители и сумматоры f1J. Их недостаток - длительное времй анализа из-за большого количества регистров, умножителей и сумматоров Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является анализатор, содержащий Фурье-преобра зователь, вычислитель дисперсии, сум маторы, регистры, умножители и логические элементы fi. Его недостатком является также ни кое быстродействие из-за необходимое ти наличия информации о структуре исследуемого сигнала. изобретения - увеличение быс родействия анализа. Поставленная цель достигается тем что в адаптивном анализаторе спектра с линейным предсказанием, содержащем Фурье-преобразователь, ряд (N+1 ) умножителей, ряд (N+1) накапливающи сумматоров, входы которых соединены с входами многовходового сумматора, последовательно соединенные первый. регистр числа, блок умножения, вторО регистр числа, последовательно сое Единенные квднтователь и ряд N регистров сдвига, выход многовходового сумматора соединен с вторым входом блока умножения, а выходы ряда накапливающих сумматоров подключены к соответствующи:м входам первого элемента ИЛИ при этом Фурье-преобразователь содержит регистр числа и последовательно соединенные постоянное запоминающее устройство и арифметический блок, второй вход которого соединен с выходом .регистра числа,.а выход подключен к входу регистра числа и входу Фурье-преобразователя и является выходом адаптивного анализатора, введены дополн11тельно ряд {N +1)-.ключей, второй ряд (N +1 )элементов ИЛИ, делитель кода, дополнительные второй и третий элементы ИЛИ, ряд (N +1 ) буферных регистров, входной и выход ной ключи, последовательно соединенные третий регистр числа, четвертый элемент ИЛИ, второй блок умножения, пятый элемент ИЛИ, а также элемент И , дополнительный накапливающий сумматор и блок сравнения, при этом вьисоп ды квантователя и ряда регистров сдвига через первые входы первого ряди элементов ИЛИ соединены с первыми входами ряда (N +1 ) умножителей, выходы которых подключены к входам ряда (N +1 ) ключей, первые выходы которых подключены к входам второго ряда (N +1 ) накапливающих суммато-. ров вторые выходы - к соответствующим входам многовходового сумматора, к вторым входам ряда умножителей через первые входы второго ряда соответствующих элементов ИЛИ подключены выходы первого ряда накапливающих сумматоров, входы которых подключены к вторым выходам ряда (N +1 ) ключей, а вторые входы второго ряда элементов ИЛИ соединены с выходом второго регистра числа, с вторыми входами третьего и четвертого дополнительных элементов ИЛИ и через входной ключ подключены к выходу квантователя, причем выход дополнительного . накапливающего сумматора соединен с входом делителя кода, первым входом третьего дополнительного элемента ИЛИ и соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу выходного ключа, управляющий вход которого соединен с выходом блока сравнения . и вторым входом элемента И, первый выход выходного ключа подключен к входу Фурье-преобразочателя,. второй выход - к соответствующему входу второго дополнительного элемента ИЛИ, другие входы которого соединены с выходами второго ряда ( N+1 ) накапливающих сумматоров, к выходу второго дополнительного элемента ИЛИ подключен последовательно соединенный ряд (N -fl ) буферных регист- . ров, выходы которых соединены с вторыми входами первого ряда элеме нтов ИЛИ, причем выход Делителя кода соединен с входом первого ре- .. Гистра числа, выход третьего дополнительного элемента ИЛИ подключен к второму входу второго блока умножения, вход третьего регистра числа соединен с выходом второго блока умг ножения и с первым входом пятого дополнительного элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пер вого накапливающего сумматора второг ряда (N+1 ) накапливающих сумматоро а второй вход блока сравнения подклю чен к входу элемента И. На чертеже представлена структурная схема анализатора. Адаптивный анализатор спектра содержит последовательно соединенные квантователь 1, ряд регистров 2,12.N, входной ключ 3, первый и второй РЯДЫ элементов ИЛИ4.0-4.N и 5.tP 5. N ,ряд умножителей 6.0-Б. N ,ключи 7.0 7. N , накапливающие сумматоры 8,0- 8. N , элемент ИЛИ 9, ряд буферных регистров 10.0-10.N, накапливающие сумматоры ; 11.0-11.N имноговходовый сумматор 1 первый регистр 13 числа, первый :блок 14 умножения, второй регистр 15 числа и элемент ИЛИ 16. Третий регистр 17 числа через элемент ИЛИ 18 подключен-к входу второго блока 1 умножения, выход которого через элемент ИЛИ 20 и элемент И 21 подключен к входу дополнительного накапливающего сумматора 22. Анализатор содержит также делитель 23 кода, блок 24 сравнения, элемент ШШ 25 и выходной ключ 26. Фурье-преобразователь 27 состоит из регистра 28 числа и последователь но соединенных постоянного запоминаю щего устройства 29 и арифметического блока 30. , Адаптивный анализатор производит вычисление спектра последовательньм выполнением трех процедур: вычисление ординат корреляционной функции {КФ) J ввлчисление коэффициентов лине ного предсказания (КЛП); вычисление спектра с использованием КЛП. Первая процедура (вычисление ординат КФ) производится следукяцим образом. В исходном состоянии все блоки обнулены, ключи 7,0-7.N установлены в первое положение, входной ключ 3 замкнут (открыт). При подаче исследуемого сигнала на вход адаптивного анализатора ква тователь 1 преобразует его в последовательность отсчетов, которые про двигаются в регистры 2.1-2.2 - 2.N и одновременно через первый ряд эле ментов ИЛИ 4.0 - 4.1 -...4.N поступают на первые входы умножителей 6.0-6.1-...6.N, а также через ключ и элементы ИЛИ 5..0-5.1-. . . 5.Ы на вторые входы умножителей 6. Получен ный массив произведений X g- X , одновременно считывается с выходов умножителей 6 через ключи 7, на входы соответствующих накаплийающих сумматоров 8.0-8.1 -...8.N,B которых формируются оценки ординат корреля- ционной функции Ry,. Благодаря вычислению R, происходит запоминание всей содержащейся в информации о его свойствах, которую можно полностью использовать в следующей процедуре - вычислении КЛП (в отличие от известного анализатора, в котором информация о сигнале экспорт ненциально забывается). Вторая процедура (вычисление КЛП) осуществляется итеративно, причем Кс1ждая итерация содержит четыре шага вычислений. При этом на каждой т-ой итерации размерность вектора КЛП увеличивается на единицу и становится равной .(т +1 ). ,В начальном состоянии (нулевая итерация .(). входной ключ 3 разомкнут, ключи 7.0 - 7,1-...7.N установлены на вторюе положение, накапливающие сумматоры 11.1 -...11.N и регистры 13,15,17 чисел обнулены. На второй вход элемента И 21 подан разрешающий потенциал с выхода блока 24 сравнения, а выходной ключ 26 установлен в первое положение, соединяя выход элемента ИЛИ 25с входом элемента ,. . ИЛИ 9. В дополнительный накапливающий сумматор 22 через элемент, ИЛИ 20 и элемент И 21 записано значение ординаты Кд, хранящееся в на1{апливающем сумматоре 8.0, а в накапливающий сумматор 11.0 записан коэффициент г,п значения КЛП на т-й итерации в п-ом накапливакяцем сумматоре 11.п (где ,N). На первом шаге первой итерации ,гп 1 ) из накапливамлих сумматоров 8.П через э 1емент ИЛИ 9 в ряд буферных регистров 10 последовательно считываются ординаты корреляционной функции и, продвигаясь в регистрах, образуют инверсный ряд коэффит диентов iHil Up. где - коэффициенты, записанные на т-ой итерации в п-ый буферный регистр из ряда 10.0-10.N. Одновременно на первый и второй входы блока 19 умножения через соответствующие элементы ИЛИ 16 и 18 из накапливающего сумматора 22 и регистра .17 числа подаются соответственно коэффициенты о(. о Кои Р, , а сформованное произведение Fjj через элемент ИЛИ 20 и элемент 21 поступает в накапливающий суг-виа-г ;/ тор 22, в котором формируется новый коэффициент ot -о с/о На втором шаге первой итерации с выходов буферных регистров Ю.п и накапливающих сумматоров 11.п на первые,и вторые вхрды соответствующих умножителей б.п через элементы ИЛИ 4п и 5п подаются клэффициенты Результат. их перемножен o,vt 1 с выходов умножителей б.п через клю чи 7.П поступает в сумматор 12, в котором формируется сумма N , Одновременно из накапливающего сумматора 22 считывается коэффициен d и подается в делитель 23 код%, а котором производится деление и ин версия, а результат записывается в регистр 13 числа в виде нового коэф фициента -.-lU,. На третьем шаге первой итерации накапливающих сумматоров 11.0 и 11. считываются коэффициенты AQ ц. и чер элементы ИЛИ 25 и 9 последовательно запис1 ваются в буферные регист ил 10 и продвигаются в них. При этом осущ ствляется инверсия вектора КЛП; поскольку вектор в конце 1-й итерации состоит из двух коэффициентов то в регистрах 10.п продвигается следующего вида вектоо 1да вектотэ М-. . .QO.O ,ii ,с Одновременно с выходов многовходового cyNiMaTopa 12 и регистра 13 числа на соответствующие входы блока 14 умножения подаются коэффициен ты |Ъ и , результат их перемножен записывается в регистр 15 числа ..На четвёртом шаге первой итераци iK3 буферных регистров 10.0 - 10.N по мере продвижения в них поступают значения КЛП через элементы ИЛИ 4.0 4.N на первые входы ножителей 6.0 6.N., на вторые входы которых через элементы ИЛИ 5.0 - 5.N подается коэ фициент ( х) считываемый из регистра 15 числа. Результат умножения через соответствующие ключи 7.0 - 7.N подается в накапливающие сумматоры 11.0 - 11.N, в которых формируется новый йектор КЛП, размерности 2 .(с двумя ненулевыми элементами): .olJao. KJ Одновременно с этим коэффициент q из регистра 15 числа подается на два входа блока 19 умножения че рез элементы ИЛИ 16 и 18, а резуль тат перемножения записывается в регистр 17 числа с отрицательны знаком... PI-- Этими операциями завершается neprv. вая итерация (.щ 1) процедуры вычисления КЛП, Последующие 2-я, 3-я,..., N-я итерация осуществляются анапогичл но, отличаясь лишь тем, что в буферные регистры 10 подаются соответственно 3, 4, ..., (N -И) значения корреляционной функции (из элемент тов 8.п) (из элементов 11.п). Процедура вычисления КЛП заканчивается при выполнении .первого шага ( ) N итерации, т. е. после достижения такого (т +1 ) порядка вектора КЛП, при котором следующее значение коэффициента о становится меньше заданного значения. Например, условиеoi P -i показывает, что порядок вектора КЛП ( )N являetгcя достаточным для точного вычисления спектра исследуемого сигнала. В анализаторе правило Останова реализуется автоматически на первом шаге ()-ii итерации после вычисления в блоке 19 умножения произведения (гг) произведение через элемент ИЛИ 20 подается на один вход блока 24 сравнения, на другой вход которого подается коэффициент с выхода накапливающего сукматора 22: если )оОП1ь то на выходе боока 24 сравнения формируется потенциал, который является запрещающим для элемента И 21, а в.накапливающем сумматоре 22 не произойдет очередное накапливание и сохранится коэффициент cijT/o Р этом потенцисш с выхода блока 24 сравнения яв- ляется управляющим для -выходного клю ча 26, переводя его во второе положение, благодаря чему все устройства подготовлены к началу третьей процедуры . Третья процедура (вычисление спектра) начинается со считывания КЛП и через элемент ИЛИ ...25 и в|1ходноА ключ 26 на вход Фурье-преобразователя 27. При этом коэффициi постуeHTHJAWo, о, гиоч. дают в регистр 28 числа, с выхода которого подаются на первый вход арифметического блока 30. На второй вход его из постоянного запоминающего устройства 29 подаются отсчеты гармонической функции, кото «e перемножаются в арифметическом блоке 30 с рядом соответствующих коэффициентов линейного предсказания, формируя значение оценки амплитудного спектра A(ie)j ), После вычисления очередного значения А CUfj) в арифметическом блоке 30 вычисляется квадрат модуля.

а в регистр 28 числа при этом с выхода накапливающего сумматора 22 . считывается нормирующий коэффициент, В результате операции деления, выполняемой арифметическим блоком 30, на выход поступает оценка энергетическое го спектра.

. Аналогичные вычисления в Фурьепреобразователе 27 осуществляются для каждой j-ой частоты спектра.

В известном анализаторе коэффицит ; Ю енТ;, определяющий скорость настройки значений КЛП, установлен предварительно на основе апроорных данных и этот недостаток не может быть преодолен рациональным заданием его зна-15 чения, вследствие чего.итеральная оценка КЛП происходит медленнее в 3-5 раз .и менее точно, чем на основе точного решения системы линейных уравнений, осуществляемого в анализаторе предлагаемой структуры, подтвержт дёно результатами моделирования на ЦВМ.

Таким образом, основными достоинствами предлагаемого адаптивного анализатора являются следующие: увеличение быстродействия в 3-5 раз из; за уменьшения необходимой длительнос г ти реализации сигала; увеличение точности оценки спектра при одинаковом объеме выборок. Кроме того, в нем введен контроль необходимой раэмерностн вектора КЛП и вычисляется втограя статистическая характеристика, коррелякционная функция, как результат предварительных преобразований.