Анализатор спектра Уолша Советский патент 1986 года по МПК G06F17/14 G01R23/16 

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быт использовано для спектрального анали за случайных процессов, определения их статических характеристик, в сиетемах виброиспытаний. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления энергетического спектра Уолша. Энергетический спектр мощности W(.l) в базисе Уолша случайного процесса x(t) с математическим ожиданием га О определяется как математическое ожидание квадрата коэффициентов разложения отрезка реализации случайного процесса, т.е. W,(j) (t)wal(j,t), (1) где М - символ математического ожидания, wal(j,t) - функции Уолша. w,(j) -i-zz (t)x(k) X t-o к.о X wal(j,t) wal(j,k). Отсюда при гл О получают N-1 N-I W,(j) EIEZ R.(k - t)wal(j,t) .1..trO 1 0 X wal(j,k),(3 где Rx(t) - автокорреляционная функ ция процесса x(t). Преобразуя (3), получают N-I К-1 w;(j)(k-t)wal(j,t) X wal(j,k)+-j5 ;;;5I k(t- k),.wal(j,t) X wal(j,k)+ :5-g::RjO)wal(j,k) X X wal(j,k). Или иначе Wx(j) i5lin R.C-) wal(j,k-7) X K--1 t--l N-2 N-K-1 X wal(j,k) + я 2irilR.;(r)wal(j k+7) Tri X wal(j,k) + R,(0). Переставляя индексы суммирования, имеют W/(J) MlIR,() wal(j,k)wal X /v,, iX (j,k-7-) , (t)ZI wal(j,k) x f- K 0 X wal. (j,k+r) + R(0). Окончательно можно записать W,(j) IlR(t)-Kjj,t), 2/N R(t), t Ф 0 R.(t) II/N-R (0), t 0 Kjj,t) i wal(j,k)wal(j,k-i-t) Kno(5) автокорреляционные функции системы Уолша. Таким образом, соотношение (4) представляет зффективную процедуру вычисления энергетического спектра мощности Уолша стационарного случайного процесса. На фиг.1 представлена функциональная схема анализатора спектра Уолша, нЗ фиг,2 - функциональная схема блока формирования пачек импульсов. Анализатор спектра Уолша содержит триггеры 1-3, регистр 4 сдвига, элемент ИСКЛЮЧАЮРЩЕ Р1ПИ-НЕ 5, элементы И 6-8, блок 9 формирования пачек импульсов, мультиплексор 10, счетчики 11-14, умножитель 15, накапливающий сумматор 16, блок 17 памяти, регистр 18, демультиплексор 19, мультиплексоры 20-24, реверсивный счетчик 25, элементы ИЛИ 26 и 27, преобразователь прямого кода в дополнительный 28, вход 29 задания режима, элемент ИЛИНЕ 30, рдновибратор 31. Причем блок 9 формирования пачек импульсов ( (фиг.2) содержит триггеры 32 и 33, счетчик 34, элементы ИЛИ 35 и 36, элемент НЕ 37, счетчики 38 и 39, элет менты И 40 и 41, элемент НЕ 42. Блок формирования пачек импульсов работает следующим образом. В исходном состоянии все счетчики и триггер 33 установлены в О, а триггер 32 - в 1. Тактовые импульсы через элементы ИЛИ 35 и 36 поступают на тактовые входы счетчиков 38 и 34, а также на выходы 1 и 2 блока 9 формирования пачек импульсов. По накоплении в двоичном счетчике 38 N импульсов на его выходе переноса появлй ется импульс, поступающий на выход 4 блока 9 формирования пачек импульсов, и триггер 32 устанавливает ся в О. О на втором входе элемен та И 41 запрещает прохождение следую щего (N+1)-ro импульса на выход 1 блока 9 формирования пачек импульсов а также через элементы ИЛИ 35 и 36 на вход счетчика 34 и выход 2 блока формирования пачек импульсов. (N+1)импульс, поступая на тактовый вход триггера 32, отрицательным перепадом устанавливает его в 1. Таким образом, на выходе элемента И 41, совпадакяцем с выходом 1 блока 9 формирования пачек импульсов, гене рируется последовательность сигналов По -накоплении импульсов в счетчике ЗА на выходе его переноса формируетс 1, увеличивающая содержимое счетчи ка 39 на 1 и устанавливающая триггер 33 в 1, которая поступает на вход разрешения загрузки и через эле мент ИЛИ 35 - на тактовый вход счетчика 34, в который записывается число, накопленное в счетчике 39, 1 на вторых входах элементов ИЛИ 35 и 36 запрещает прохождение импульсов на тактовый вход счетчика 34 и выход 2 блока 9 формирования пачек импульсов Импульс с выхода элемента И 40, поступанмчий на второй установочный вход триггера 33, устанавливает его в О и на выходе 2 блока 9 формируется по следовательность импульсов. Каждая последующая пачка импульсов содержит на один импульс меньше предыдушей, j поскольку счет в счетчике 34 будет начинаться с числа на t большего, . чем в предьщущий раз. Устройство работает следукщим образом. В исходном состоянии триггер 3 и счетчик 13 обнулены. При этом тактовые импульсы поступают через мультиплексор 24 на счетный вход счетчика 13, формирующего адрес блока 17 памяти, и через элемент ИЛИ-НЕ 30 - на управляющий вход Чтение/запись блока 17 памяти, чем обеспечивается запись в блок памяти входного массива данных. По заполнении блока 17 памяти на выходе переноса счетчика 13 сформирован импульс, который, поступая на тактовый вход триггера 3, устанавливает его в 1. При этом на выходе одновибратора 31 формируется импульс, устанавливающий счетчики 11, 12, 14, триггер 1 и блок 13 вьгаода в О на управляющем входе мультиплексора 24 обеспечивает подключение выхода мультиплексора 23 к счетным входам счетчика 13 и накапливающего сумматора 16. 1 на входе элемента ИЛИ-НЕ 30 обеспечивает для блока 17 памяти режим считывания данных. 1 на входе элемента И 8 разрешает прохождение тактовьк импульсов на входы счетчика 11 и блока 9 формирования пачек импульсов. Далее в зависимости от управляющего сигнала на входе 29 устройство будет работать в заданном режиме. I Рассмотрим режим спектрального анализа (на управляющем входе 29 ). В блок 17 памяти записываются ординаты автокорреляционной функции исследуемого процесса, причем fR(t), при t О ,(t) 2R,(t), при t 0.. На счетчике 11, элементе 7 И и мультиплексоре 10 собран генератор кусочно-постоянных функций Уолша. Счетчик 12 управляет мультиплексором 10. Низкий- уровень сигнала на управ- пяющем входе демультиплексора 19 подртючает выход мультиплексора 10 через элемент ИЛИ 26 к входу регистра 4 сдвига. При этом элемент И 6 запрещает прохождение информации на вход регистра 4 сдвига и на вход элемента ИСКЛЮЧАВДЕЕ ИЛИ-НЕ 5. Далее по N тактоэым импульсам в регистр 4 сдвига записываются ординаты нулевой функции Уолша. Импульсом на выходе 4 блока 9 формирования пачек импульсов триггер 1 устанавливается в 1, а триггер 2 и реверсивный счетчик 25 - в О. Высоким уровнем сигнала на управляющем ходе демультиплексора 19 выход мультиплексора 10 подключается к входу лемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5, к другому входу которого подсоединяется ыход регистра 4 сдвига через элеент И 6, через элемент Ш1И 26 реистр 4 сдвига закольцовывается. На ыходе элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5 .. ормируются произведения соответству щих ординат кусочно-постоянных функий Уолща. Сигнал с выхода элемента СКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5 управляет наравлением счета реверсивного счетчиа 25 (1 - сложение, О - вычитаие) и поступает на информационный ход триггера 2. Выход переноса реверсивного счетчика 25 подключен к тактовому входу триггера 2, тем самым обеспечивается формирование знака функции K,(j,t) на выходе триггера 2, Модуль ординаты функции содержится в реверсивном счетчике 25 согласно вьфажению (5)« Если ордината отрицательна, то триггер 2 установлен в 1 и преобразователь 28 прямого кода в дополнительный формирует дополнительный код. Если ордината положительна,, то преобразования кода не происходит На выходе умножителя 15 формируются произведения соответствующих ординат функций Kj( j , t) и отсчетов автокорреляционной функции R(t), которые накапливаются сумматором 16 по импульсам, поступающим через мультиплексоры 23 и 24, с выхода 4 блока 9 формирования пачек импульсов. Одновременно содержимое счетчика 13 увеличивается на 1, обеспечивая выбор следующего отсчета автокорреля ционной функции. По переполнении ;счетчика 13 на его выходе переноса /формируется импульс, по которому в блок 18 вывода записывается ордината энергетического спектра Уолша, и содержимое счетчика 14 увеличивается на 1. После вычисления всех отсчетов энергетического спектра на вьгходе переноса счетчика 14 формируется импульс, который через элемент ИЛИ 27 устанавливает счетчик 13 И тригге 3 в О. Тем самым обеспечиваются на чальные условия пуска устройства, Рассмотрим режим вычисления коэффициентов. В этом случае на вход 29 подается 1. Импульсом Пуск через элемент ИЛИ 27 триггер 3 устанавливается в О. Далее в блок 17 памяти записываются ординаты исследуемого процесса x(t). По заполнению блока 17 памяти на выходе переноса счетчи.ка 13 формируется импульс, устанавЛи . ающий триггер 3 в 1. При этом им/гульсом на выходе одновибратора 31 счетчики 11, 12, 14, триггер 1, блок /18 вывода устанавливаются в О, Далее ординаты кусочно-постоянных фун кций Уолша поступают через мультипле ксор 20 на управляющий вход преобразователя 28 прямого кода в дополнительный, на информационный вход которого поступает через мультиплексор 11 код 00 01 . Умножитель 15 формируе на выходе произведение отсчетов x(t) а wal(t), которые затем накапливатся сумматором 16 и по импульсам на ыходе переноса счетчика 13 записыватся в регистр 18. После заполнения нформацией регистра 18 на выходе пееноса счетчика 14 формируется имульс, устанавливающий триггер 3 и четчик 13 в О, т.е. устройство снова готово к работе. Формула изобретения Анализатор спектра Уолша, содержащий первый счетчик, преобразователь прямого кода в дополнительный, накапливающий сумматор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет вычисления энергетического спектра Уолша, он содержит три триггера, три элемента И, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ШШ-НЕ, демультиплексор, шесть мультиплексоров, регистр сдвига, элемент Ш1И-НЕ, реверсивный счетчик, второй, третий и четвертый счетчики, умножитель, два элемента ИЛИ, одновибратор, блок памяти, блок формирования пачек импульсов и регистр, причем выход первого триггера подключен к первому информационному врсоду первого мультиплексора, выход которого подключен к управляющему входу демультиплексора, первому входу первого .элемента И и счетному входу первого счетчика, информационный выход которого подключен к управляющему входу второго мультиплексора, 1-й (i 1,п, п - разрядность) информационный вход группы которого соединен с i-м входом второго элемента И и подключен к выходу i-го разряда второго счетчика, выход второго элемента И подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, выход которого подключен к первому информационному входу третьего мультиплексора и информационному вХоду демультиплексора, первый выход которого подключен к первому входу Элемента, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ШТИ-НЕ, второй выход демультиплексора подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига второй вход первого элемента .ИЛИ об7 единен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ-НЕ и подключен к выходу первого элемента И, второй вход которого подключен к информационному последе Нательному выходу регистра сдвига, тактовый вход которого объединен с первым информационным входом четвертого мультиплексора и подключен к первому выходу блока формирования па чек импульсов, второй выход которого подключен к тактовому входу реверсив ного счетчика, выход переноса которо го подключен к тактовому входу второ го триггера, информационный вход которого объединен с управляющим входо реверсивного счетчика и подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, установочный вход реверсивного счетчика объединен с установочиьм входом второго счетчика, вторым информахщон нм входом четвертого мультиплексора,первым установочным входом первого тригг ера, вторым информационным входом первого мультиплексора и подключен к третьему выходу блока формирования пачек импульсов, выход второго триггера подключен к второму информа ционному входу третьего мультиплексо ра, выход которого подключен к управ лякщему входу блока преобразования прямого кода в дополнительный, вход которого подключен к выходу пятого мультиплексора, первый информационный вход которого подключен к информационному выходу реверсивного счетчика, второй информационный вход пятого мультиплексора является входом задания константы устройства, выход четвертого мультиплексора подключен к первому информационному входу шестого мультиплексора, выход которого подключен к счетному входу третьего , счетчика и тактовому входу накагшиванщего сумматора, вход которого подключен к выходу умножителя, первый вход которого подключен к выходу блока преобразования прямого кода в дополнительный, второй вход умножителя подключен к выходу блока памяти, управляющий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, адресный вход блока памяти подключен к информационному выходу третьего счетчика, выход переноса которого подключен к первому установочному входу третьего тригге-; ра, счетному входу четвертого счетчика и тактовому входу регистра, информационный вход которого подключен к выходу накапливающего сумматора, выход регистра является информационным выходом устройства, информационньм входом которого является информационный вход блока памяти, управляющие входы первого, третьего, четвертого и пятого мультиплексоров объединены и являются входом задания режима устройства, тактовый вход которого подключен к iiepBbiM входам элемента ИЛИНЕ и третьего элемента И и второму информационному входу шестого мультиплексора, управляющий вход которого объединен с вторыми входами второго элемента ИПИ-НЕ и третьего элемента И, входом-одновибратора и подключен к выходу третьего триггера, второй установочный вход которого объединен с установочным входом третьего счетчика и подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первьпЧ вход которого подключен к вьгходу переноса четвёртого счетчика, установочный вход которого объединен с установочными входами регистра, первого и второго счетчиков, первого триггера и подключен к выходу одновибратора, второй вход второго, элемента ИЛИ является входом запуска устройства, выход третьего элемента И подключен к тактовьм входам второго Счетчика и блока формирования пачек импульсов.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для спектрального анализа случайных процессов, определения их статистических характеристик, в системах виброиспытаний. Цельизобретения - расншрение функциональных возможностей за счет вычисления энергетического спектра Уолша. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содержит четыре счетчика, накапливакщий сумматор, преобразователь прямого кода в дополнительный,: три триггера, три элемента И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, демультиплексор, шесть мультиплексора, регистр сдвига, э71емент ИШ-НЕ, реверсивный счетчик, умножитель, два элемента ИЛИ, одновибратор, блок, памяти, блок формирования пачек импульW сов, регистр и соответствующие связи между узлами устройства. 2 ил.