Устройство для анализа характеристик спектра Советский патент 1985 года по МПК G06F17/10 

вход вычитателя является входом задания коэффициента устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок синхронизации содержит первьш и второй счетчики, первый и второй дешифраторы и генератор тактовых импульсов, выход которого является вторым выходом блока и подключен к счетному входу первого счетчика, выход переполнения которого является третьим выходом блока и подключен к счетному входу второго счетчика, информационный выход которого является шестым выходом блока и подключен к аервому входу первого дешифратора и входу второго дешифратора,выход которого является четвертым выходом блока,информационный выход первого счетчика являет.ся первым выходом блока и подключен ко второму входу первого дешифратора, выход которого является пятым выходом блока.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК СПЕКТРА, содержащее первый накапливающий сумматор, блок памяти, информационный выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к информационному выходу первого блока постоянной памяти, первый квадратор, выходы разрядов которого соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, информационный вход блока памяти является информационным входом устройства, о. тличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены второй и третий блоки постоянной памяти, второй, третий и четвертый умножители, вь1читатель, сумматор, второй накапливающий сумматор,второй квадратор, первый и второй масштабируюи{ие умножители и блок синхронизации, причем выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход которого подключен ко входу первого накапливающего сумматора, выход которого соединен со входом первого масштабирующего умножителя, выход которого соединен со входом первого квадратора, информационный выход блока памяти подключен к первому входу третьего умножителя, выход которого соединен со входом второго накапливающьго сумматора, -выход которого подключен ко входу второго масштабирующего умножителя, выход которого соединен со входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого является информацион(Л ным выходом устройства, информацион-, ные выходы второго и третьего блоков постоянной памяти подключены ко вторым входам соответственно третьего и четвертого умножителей, выход коммутатора соединен со вторым входом 4 сумматора, первый выход блока синхронизации подключен к адресному входу 1C блока памяти и первому входу вычита00 теля, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, второй и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно с тактовыми входами и входами обнуления первого и второго накапливающих сумматоров, четвертый и пятый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управляющему входу коммутатора и адресному входу третьего блока постоянной памяти, шестой выход блока синхронизации соединен с адресными входами первого и второго блоков постоянной памяти, а второй

Изобретение относится к вычислиельной технике, в частности, к цифовой обработке сигналов, и может быть использовано при решении задач татистического спектрального анали- за, связанных с необходимостью опрееления статистических характеристик

пектра сигналов.

Известно устройство,которое реализует известные соотношения для оценки дисперсии спектральных составляющих, полученных методом периодограмм, и содержит квадраторы и накапливающие сумматоры, pi.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, которое для осуществления известного метода должно содержать блок , выход которого соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен ко входу накапли-, вающего сумматора, выход которого, соединен со входом квадратора выход которого подключен ко входу коммутатора, выход которого является инфор мационным выходом устройства, выход блока постоянной памяти коэффициентов соединен со вторым входом умножителя, а вход блока памяти является информа1Ц1онным входом устройства C2L

К недостаткам данного устройства относится то, что оценка дисперсии спектральных составляющих, полученных на основе метода периодограмм, дает удовлетворительные результаты только при значительных объемах выбор ок. случае коротких выборок

входного сигнала оценка дисперсии получается с большой погрешностью.

Цель изобретения.- увеличение точности вычисления оценок дисперсии

при малом количестве выборок.

Поставленная цель достигается , что в устройство для анализа характеристик спектра, содержащее первый накапливающий сумматор, блок памяти,

информационный выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к информационному выходу первого блока постоянной памяти, первый квадратор,

выходы разрядов которого соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, информационный вход блока памяти является информационным входом устройства, введены

второй и третий блоки постоянной памяти, второй, третий и четвертый умножителя, вычитатель, сумматор, второй накапливающий сумматор, второй квадратор, первый и второй масштабирующие умножители и блок синхронизации, причем выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход которого подключен ко входу первого накапливающего, сум- .

матора, выход которого соединен со входом первого масштабирующего умножителя, выход которого соединен со входом первого квадратора, информационкьш-выход блока памяти подключен к первому входу третьего умножителя, выход которого соединен со входом второго накапливающего сумматора,выход которого подключен ко входу

второго масштабирующего умножителя, выход которого соединен со входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, выход которого соединен с первым Ьходом сумматора, выход которого являет.ся информационным выходом устройства, информационные выход второго и третьего блоков постоянной памяти подключень ко вторым входам соответственно третьего и четвертого умножителей, выход коммутатора соединен со вторым входом сумматора, пер1вый выход блока синхронизации подключен к адресному входу блока памяти и первому входу вычитателя, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, в торой и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно с тактовыми входами и входами обнуления первого и второго накапливающего сумматоров, четв.ертый и пятый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управляющему входу коммутатора и адресному входу третьего блока постоянной памяти, шестой выход блока синхронизации соединен с адресными входами первого и второго блоков постоянной амяти, а второй вход вычитателя является входом задания коэффициента устройства, причем блок синхронизации содержит первый и второй счетчики, первый и второй дешифраторы и генератор тактовых импульсов,выход которого является вторым выходом блока и подключен к счетному входу первого счетчика, выход переполнения которого является третьим выходом блока и подключен к счетному входу второго счетчика, информационный выход которого является шестым выходом блока и подключен к первому входу первого дешифратора и входу второго дешифратора, выход которого является четвертым выходом блока, информационный выход первого счетчика является первым выходом блока, .и подключен ко второму входу первого дешифратора, выход которого является пятым выходом блока.

На фиг. 1приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конкретный пример выполнения блока синхронизации.

Устройство (фиг. 1) содержит 1 блок памяти,умножители-.2 и 3, накапливающий сумматор 4, масштабирующий

умножитель 5, квадратор 6, коммутатор 7, сумматор 8, вычитатель 9, умножитель 10, накапливающий сумматор 11, масштабирующий умножитель 12, квадратор 13, умножитель 14, блок 15 синхронизации, блоки постоянной памяти 16 - 18. ,

Блок 15 синхронизации (фиг. 2) может, например, состоять из генератора 19 тактовых импульсов, первого 20 и второго 21 счетчиков, депшфратора 22 (адреса постоянной памяти) и де- шифратора 23 (адреса коммутатора).

Расчет оценок дисперсии спектральных отсчетов, которые получены методом периодограмм, на частотах крат|ных 23I/N в предлагаемом устройстве основан на следующем выражении:

у

2V (Ic), при ,

vVh

, при 0 1«N/2.(1 )

о- 2 2Л . 9,п-k

где

N-1

li N

V(lc)rtOl + )Kn),

1

N-1

CtV| |- KNlsi« kn n i

N - длина выборки; r(n) - отсчеты корреляционной функции: I., (k) - знаЛ li

чение периодограммы на частоте j-k..

Выражение (1) получено следующим образом. По определению периодограммы.

1ц( (X((khIm4(1 , (2).

где X(k) - коэффициенты, дискретного

преобразования Фурье (ДПФ). Отсюда следует, что

) (1c).( .

+ ,lm2X(V).,

Выражения для ReX(k) и 1шХ(п) имеют вид

N-1

2JJ

ReXCk)x(n) ;

nsO1

N-1

xC«vlSin 1 n ,

tmX(k|r nsO где X(n) - отсчеты измеряемого процесса. В случае если процесс Х(п)} стационарный, то, используя соотношения (3) и (4), можно получить выражения для пГКеХ(К)3 , (и)и KCReX(k), (k)J, которые имеют вид B(ieX(1.)v(l)E( (0--7-t -bW ; (k),(M , где V(n) и С(п) определены выше, а Гу(Х1 , при 1.0, (n),npMOiK N|l. При нормальном распределении вели чин Х(п), т.е. если процесс гауссов, можно показать, что ((, Х(1) ,X(k); (n),iJ,X((1c),(1t). Подставляя полученные соотноше ния в вьфажение (2), получаем оценку дисперсии (1). Как показали расчеты и результаты моделирования на ЭВМ, точность полученных оценок для гауссова стационар ного процесса при N 60 в 1,5 раза вьппе по сравнению с известными оценками. Устройство работает следукидам образом. Через инфор1 ционный вход устройства в блок 1 памяти заносятся отсче ты корреляционной функции г(п) исход ного сигнала. Причем в ячейку по нулевому адресу заносится г(0)/2, в первую - г(1), вторую - г(2) и т.д. Далее по адресам, формируемым счетчИком 20 блока 15 синхронизации, происходит последовательное считывание отсчетов г(п) из блока 1 памяти на умножитель 2. На второй вход умно жителя 2 подается соответствующий коэффициент из блока 16 постоянной памяти. Адрес в соответствующем цикле обработки для блока 16 постоянной памяти образуется на выходе дещифратора 22 адреса- блока 15 синхронизации на основе содержимого счетчиков 20 и 21. Результат умножеНИН далее подается на первый вход умножителя 3, на другой вход которого подается разность с выхода вычитателя 9. Вычитатель 9 необходим для нахождения разности N-n, где п содержимое счетчика 20 блока 15 синхронизации. В накапливающем сумматоре 4 происходит накопление суммы за N тактов. По окончании N тактов на выходе накапливающего сумматора 4 образуется величина V(k) для данного номера частотного отсчета К. Импульс переполнения с выхода счетчика 20 добавляет единицу в счетчик 21 (происходит переход к следующему номеру частотного отсчета и сбрасывает регистр накапливающего сумматора 4 в ноль). Одновременно с зтим величина V(k) с выхода накапливающего сумматора 4 поступает на вход квадратора 6 через масштабирукиций умножитель (масштабный множитель 2/N). Аналогичным образом происходит вычисление величины C(k), при помощи умножителя10, накапливающего сумматора 11, масштабирующего умножителя 12 (масштабный множитель - 2/N). В блоке 17 постоянной памяти в этом случае хранятся коэффициенты . На выходахпервого и второго квадраторов образуются соответственно величины V(k) и С (k) последняя из которых умножается в ум южителе 14 на коэффициенты 1/sin -k, хранящиеся в блоке 18 постоянной памяти. Адрес этого блока 18 постоянной памяти поступает с выхода счетчика 21 блока 15 синхронизации. Причем в нулевой и N/2-й ячейках этого блока записаны нули. Величина V (k) поступает на вход сумматора 8 через коммутатор 7. При этом в соответствии с выражением (1) в случае нахождения (k) с номерами и величины V2(k) с выхода квадратора 6 поступают через коммутатор 7 на вход сумматора 8 со сдвигом в сторону старших разрядов на один разряд. Этот сдвиг осуществляется подключением соответствующих разрядов квадратора 6 к выходу коммутатора 7. Коммутатор 7 адресуется кодом с выхода дешифратора 23 адреса коммутатора блока 15 синхронизации. Результат вьиисленил (k) образуется на выходе сумматора 8 последовательно во времени.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения новых блоков и связей между ними позволяет реализовать новый метод оценки дисперсии, который позволяет добиться значительного выигрыша по точности

по сравнению с применением известного при малых длинах выборки. Так, результаты моделирования обоих устройств показали, что предлагаемое при длинах выборки дает выигрыш по точности порядка 50%.

Фие.1