Анализатор спектра Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

сказанием введены вычислитель 11 амплитудно-частотной характеристики, который содержит регистр константы, два сумматора, два умножителя и постоянное запоминающее устройство, а также вычислитель 12 дисперсии, блок 13 памяти, блок 14 взвешивания, вычислитель 15 весовых коэффициентов, который содержит умножитель, накапли

ваюший сумматор, блок вычитания,масштабный усилитель, сумматор и блок памяти, кроме того введены блок 16 памяти, сумматор 17, блок 18 памяти, блок 19 обращения. Анализатор спект- ра также содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элементы ИЛИ 2 и 3, измеритель 4 дисперсии, блок 5

формирования микрокоманд, блоки 6 и 7 памяти, решетчатый фильтр 8, вычислитель 9 частных корреляций, квадратор 10. Сужение множества возможных реализаций искомой оценки спектра, и отбрасывание из рассмотрения реализаций с недопустимыми отклонениями от истинного спектра достигается за счет того, что дополнительно к информации о частотной характеристике и дисперсии решетчатого фильтра N-ro порядка в результирующей оценке используется информация о частотных характеристиках фильтров меньших порядков с 1-го по (N-D-й включительно одновременно с дисперсиями их откликов, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в системах анализа энергетического спектра в условиях априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности измерения спектра. Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра с линейным прец

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть ис- пользовано для анализа энергетического спектра в условиях малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных пропес:ов.

,

Цель изобретения - повышение точности измерения спектра.

На фиг.1 представлена структурная схема анализатора спектра с линейным предсказанием; на фиг,2 - структурная схема вычислителя амплитудно-час тотной характеристики- на фиг.З - структурная схема вычислителя весовы коэффициентов.

Анализатор спектра с линейным предсказанием содержит (фиг, 1) входной аналого-цифровой преобразователь 1, элементы ИЛИ 2 и 3, измеритель 4 дисперсии, блок 5 формирования микрокоманд, блоки 6 и 7 памяти, решет- чатый фильтр 8, вычислитель 9 частных корреляций, квадратор 10, вычислитель 11 амплитудно-частотной характеристики, вычислитель 12 дисперсии, блок 13 памяти, блок 14 взвешивания, вычислитель 15 весовых коэффициентов, блок 16 памяти, сумматор 17, блок 18 памяти, блок 19 обращения,

В анализаторе спектра с линейным предсказанием входом является вход аналого-цифрового преобразователя 1, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ 2 и 3 и с вхо

25

30

35

40

5 50

дом измерителя 4 дисперсии, причем выходы элементов ИЛИ 2 и 3 соединены соответственно с входами блоков 6 и 7 памяти, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами решетчатого фильтра 8, первый выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 2 и первым входом вычислителя 9 частных корреляций, второй вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 3 и с вторым вьгходом решетчатого фильтра 8, третий вход которого соединен с выходом вычислителя 9 частных корреляций и входом квадратора 10, выход которого соединен с первыми входами вычислителя 12 дисперсии и вычислителя 11 амплитудно-частотной характеристики, второй вход последнего из которых соединен с входом квадратора 10, а выход - с входом блока 13 памяти, выход которого подключен к третьему входу вычислителя 11 амплитудно-частотной характеристики и к первым входам блока 14 взвешивания и вычислителя 15 весовых коэффициентов, второй вход последнего из которых соединен с выходом блока 16 памяти, вход которого подключен к выходу вычислителя 12 дисперсии, выход вычислителя 15 весовых коэффициентов соединен с вторым входом блока 14 взвешивания, выход которого соединен с первым входом сумматора 17, выход которого подключен к входу блока 18 памяти, выход которого соединен с вторым вхо

5

дом сумматора 17 и информационным входом блока 19 обращения, выход корого является выходом устройства и соединен с Третьим входом вычислители 15 весовых коэффициентов, первый выход блока 5 формирования микрокоманд соединен с. управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 1 и первым входом управления измерителя 4 дисперсии, выход которого подключен к второму входу вычислителя 12 дисперсии, а второй вход управления соединен с вторым входом блока формирования микрокоманд, причем третий, четвертый и пятый выходы последнего соединены соответственно с входами записи, чтения и адресации блоков 6 и 7 памяти, шестой и седьмой ЕЫХОДЫ блока 5 формирования микрокоманд соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами решетчатого фильтра 8 причем третий управляющий вход пос

леднего соединен с входом чтения бло- 25 вторые входы сумматора 21, умножика

7

памяти и первым управляющим

входом вычислителя 9 частных корреляций, второй управляющий вход которого подключен х восьмому выходу блока 5 формирования микрокоманд и первому управляющему входу вычислителя 12 дисперсии, второй управляющий вход которого соединен с девятым выходом блока 5 формирования микрокоманд, десятый, одиннадцатый и двенадцатый выходы которого соединены соответственно с первым и втрым входами управления и адресным входом вычислителя 11 амплитудно- частотной характеристики, а тринадцатый, четырнадцатый и пятнадцатый выходы соединены соответственно с входами записи, чтения и адресации блока 13 памяти, причем вход чтения последнего подключен к управляющему входу блока 14 взвешивания и входу чтения блока 18 памяти, входы записи и адресации которого соединены соответственно с шестнадцатым и семнадцатым выходами блока 5 формирования микрокоманд, выходы восемнадцатый, девятнадцатый и двадцатый которого подключены соответствено к входам записи, чтения и адресации блока 16 памяти, причем вход чтения последнего соединен с первым управляющим входом вычислителя 15 весовых коэффициентов, второй и третий входы управления и вход

адресацин которого соединены соответственно с двадцать первым, четырнадцатым и двадцать вторым выходами блока 5 формирования микрокоманд, шестнадцатый выход которого госдилен с управляющим входом Ол: к 1 сбрашения,

Вычислитель 11 амппит д о-чзс- тотной характеристики (фиг, 2) со5

0

держит регистр 20 константы, сумматоры 21 и 22, умнсжн .-ел:. 23- постоянное запоминающее устройстве 24, умножитель 25. В вычислителе 11 амплитудно-частотной характеристики регистр 20 константы, сумматоры 21,

22и умножитель 23 последовательно соединены, лричеь выход СМНОЖИТРЛК

23является выходом вычислителя 11 амплитудно-частотной характеристики,, я адресный вхол последнего подключен к входу постоянного запоминающего устройства 24, выход которого подключен к первому входу умножителя -25,

0

5

0

5

0

5

теля 25, умножителя 23 соединены соответственно с первым, рторь м и третьим входами вычислитечя 11 амплитудно-частотной характеристикиэ первый управляющий вход которого соединен с входом управления регистра 20 константы, вход данных которого под- ключе, к уровню логической сдннчцы, входы управления умножителей 23 и 25 соединены и подключены к второму входу управления вычислителя 11 амплитудно-частотной характеристики, причем выход умножителя 25 соединен с вторым входом сумматора 22.

Вычислитель 15 весовых коэффициентов содержит (фиг. 3) умножитель 26, накапливающий cyt-гматор 27} блок 28 вычитания, масштабный усилитель 29, сумматор 30 и блок 31 памяти, которые последовательно соединены, причем выход блока 31 памяти соединен с вторым входом сумматора 3G и является выходом вычислителя 15 весовых коэффициентов, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым входом умножителя 26, инвертирующим входом блока 28 вычитания и вторым входом умножителя 26, а первый управляющий вход соединен с управляющим входом накапливающего сумматора 27 и входом записи блока 31 памяти, причем второй и третий управляющие входы и вход адресации вычислителя 15 весовых коэффициентов соединены соответственно с управляющим входом умножителя 26, входом чтения блока 31 памяти и входом адресации последнего.

Анализатор спектра работает: следующим образом.

В исходном состоянии в блоке 5 формирования микрокоманд установлены начальные условия. На информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1 подается исследуемый сигнал x(t), а на управляющий вход - тактовый сигнал с первого выхода блока 5. Полученный ряд отсчетов Хр поступает через элементы ИЛИ 2иЗ на информационные входы В соответствующих блоков 6 и 7 памяти. Одновременно на входы С2, С1 и А блоков 6 и 7 памяти поступают тактовые импульсы с третьего, четвертого и пятого выходов блока 5. Одновременно отсчеты сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 поступают в измеритель 4 дисперсии, в котором определяется дисперсия входного сигнала, С второго выхода блока 5 подается сигнал на управляющий вход измерителя 4, с выхода которого сигнал дисперсии Р0 поступает на вход вычислителя 12 дисперсии (фиг. 1).

По тактовым импульсам с четвертого выхода блока 5 формирования микрокоманд, поступающим на входы С1 блоков 6 и 7 памяти, с их выходов считывают прследовательности кодов и

bQ(l) ошибок предсказания вперед и назад соответственно

f0M

и они поступают на входы В1 и В2 решетчатого фильтра 8, на выходах которого формируются значения f,(i) fe(l); ь,(1) - ьв(1-О. эти последовательности вновь записываются по тактовым импульсам С2 и адресам А1 (третий и пятый выходы блока 5) в те же ячейки блоков 6 и 7 памяти и одновременно подаются на входы В1 и В2 вычислителя 9 частных корреляций, где суммируются, возводятся в квадрат и снова попарно суммируются, образуя новые последовательности.

SM -{- MD+MD

+ f,(l)-b,(l)2} {-4f,(l)b ,()},

S2 .шр+р.О) -b((l)2}((l)(l).

По тактовому импульсу СЗ, поступающему на второй управляющий вход вычислителя 9 частных корреляций, на выходе последнего формируется значение коэффициента частной корреляции

5

«

соответствующего п

q

S.( /Seif- Коэффициент q частной корреляции по тактовому импульсу С4 (седьмой выход блока 5) подается на вход ВЗ решетчатого фильтра 8 (фиг.1), где этот коэффициент умножается на последовательности fQ(l) и bfe(l) ошибок предсказания вперед и назад, а результаты умножения складываются с последовательностями о

fu(l) и Ь0(1). Одновременно коэффи

циент qfl, поданный на второй вход вычислителя 11 амплитудно-частотных характеристик (фиг.2), поступает на вход умножителя 25 и на вход квадратора 10. С выхода квадратора 10 значение квадрата коэффициента частной корреляции q подается на вход сумматора 21 в вычислителе 11 и по тактовому импульсу СЗ подается на вход В1 вычислителя 12 дисперсии, в котором производится вычисление дисперсии ошибки предсказания 2,

РП

Р, (1 п 5

0

0

5

12 дисперсии

С выхода вычислителя значение РП поступает на вход блока 16 памяти и записывается в нем по тактовому импульсу и адресу поступающих с 18-го и 20-го выходов блока 5. Такторые импульсы Сб, С7 и адрес А2 (10, 11, 12-й выходы блока 5) поступает в вычислитель 11 амплитудно-частотной характеристики (фиг.2), при этом производятся следующие вычисления.

Квадрат коэффициента частной корреляции q складывается в сумматоре 5 21 с коэффициентом, равным 1, затем в сумматоре 22 полученная величина суммируется с произведением крэффициента частной корреляции q кода гармонического сигнала, за(f)

писанного в ПЗУ 24, и в умножителе 23 вычисляется величина квадрата амплитудно-частотной характеристики

l+qj+2qn. cos ,

f 1, F,

которая подается на информационный вход В блока 13 памяти. Одновременно с 13-го и 15-го выходов блока 5 поступают тактовый импульс разрешения записи и адрес на входы

А блока 13 памяти. При установке

и

начальных условий в блоке 13 памяти были сформированы значения KQ(f) 1. Этими операциями завершается первая итерация (п 1), Последующие итерации (п 2, 3...N) осуществляются аналогично и определяют значения дисперсии и амплитудно-частотных харак- .теристик фильтров предсказания ошибки от второго до М-го порядка включительно. На следующем этапе осуществляется расчет набора из (N+1)-ro весовых коэффициентов. По тактовому импульсу и адресу, поступающим с 14-го и выходов блока 5 на выходы С1 и А блока 13 памяти, с его выхода на вход В1 вычислителя

-An(i+D(i)(i((f)(i)))-n,|

где п- 1, N, i 1, I.

В момент i 1 задают значениями (1)

--; Aft(O 0, п 2, N, а веди1 о

чина коэффициента V фиксируется постоянной из условия сходимости итерации к искомым корням системы уравнений

2

jG(f)K0(f)df Р0, JG(f)K(f)df Р, , jG(f)Kj(f)df PN.

На 1-й итерации заканчивается вычисление весовых коэффициентов,

С выхода вычислителя 15 коэффициент Au(i) поступает на второй информационный вход блока 14 взвешивания.

На следующем этапе вычисляется текущая оценка спектра по коэффициентам fln(i) (п О, N).

По тактовым импульсам, поступающим с 14-го выхода блока 5 на выход С1 блока 13 памяти и синхровход блока 14 взвешивания, с выхода блока 13 памяти на информационный вход блока 14 поступают отсчеты квадратов амплитудно-частотных характеристик K(f). С выхода блока 14 произведение Afl(i) Kft(f) поступает на вход сумматора 17, ас его выхода на информационный вход В блока 18 памяти, на управляющий и адресный входы которого поступает импульс с 16-го и выходов блока 5, совокупность сумматора 17 и блока 18 памяти

jg

15

15 весовых коэффициентов (первый вход умножителя 26) поступают отсчеты квадратов амплитудно-частотных ха- рактеристик фильтров предсказания Kfl(f), п 1, N (фиг. 3). Одновременно на вход СЗ вычислителя 15 (управляющий вход умножителя 26) поступает тактовый импульс С9 (21-й выход блока 5). По тактовому импульсу, поступающему с 10-го выхода на входы С1 блока 16 памяти и вычислителя 15, с выхода блока 16 памяти на вход В2 вычислителя 15 подается значение дисперсии ошибки линейного предсказания Р.

Вычисление весовых коэффициентов h производится итеративно по отно- кению

5

0

5

0

5

0

5

образует накапливающий сумматор, С выхода блока 18 результат суммироваЦ а ния n(i-1 ) Ку.(Ј) поступает на

flel

второй вход сумматора 17 и информационный вход блока 19 обращения по тактовому импульсу с 14-го выхода блока 5. На управляющий вход блока 19 поступают импульсы С8 с 16-го выхода блока 5. На выходе блока 19 формируется оценка спектра

Л г г -i

G(f) l/L E Vi-l) Kh(f)J

и подается на третий информационный вход ВЗ вычислителя 15 весовых коэффициентов (фиг. 3), где в умножителе 26 по тактовому импульсу С9 эта величина умножается на К (f), результат умножения поступает в накапливающий сумматор 27,где суммируется по частоте f 1, F. Го тактовому импульсу с 19-го выхода блока 5 результат суммирования поступает в блок 28 вычитания, где из него вычитается значение дисперсии ошибки линейного предсказания Р„, затем в масштабном усилителе 29 умножается на коэффициент Y и в сумматоре 30 результат суммируется со значением, полученным на этапе предыдущей итерации.

По тактовому импульсу и адресу, поступающему на выходы С1 и А блока 31 памяти, результат суммирования записывается, а по тактовому

импульсу, поступающему на вход С2 с 14-го выхода блока 5, считывается с блока 31 памяти и поступает на выход вычислителя 15 весовых коэффициентов. На последней 1-й итерации на выходе блока 19 обращения Сфиг.1) формируется величина результирующей оценки спектра G(f).

Таким образом, в анализаторе дополнительно к информации о частотной характеристике K;(f) и дисперсии PW решетчатого фильтра N-ro порядка в результирующей оценке используется инйормация о частотных характеристиках K(f) фильтров меньших порядков с 1-го по (N-O-й включительно, одновременно с дисперсиями Р(, PJ,..., Р,. их откликов. При этом учитывается известное свойство некоррелирован кости всех упомянутых откликов между собой. Благодаря дополнительной информации об анализируемом процессе

предлагаемая оценка спектра G-,(f)

fjs у I lftnKyj(f)j в отличие от извсс1ной г,4(Ј) 1/ Дпк5(Ј), rfleflN F/PN при правильном выборе весовых коэффициентов Д0 , Л, Ay удовлетворяет одновременно (N+1) априорным условиям вида:

jG(f)Kj(Cf)df Р

п

О, 1,..., N.

В результате этого значительно сужается множество возможных реализаций искомой оценки спектра, отбрасывают ел из рассмотрения реализации с недопустимыми отклонениями от истинного спектра, тем самым повышается

ность оценки спектра. Кроме того, введение новых блоков позволяет про

2/6

40

изводить оценку спектра за операций, что обеспечивает повышение точности измерения при ограниченной разрядности блоков анализатора.

45

Формула изобретения

15

2Q

25

30

35

40

45

50

55

го элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго блоков памяти, выходы последних из которых соединены соответственно с первым и вторым входами решетчатого фильтра, третий вход которого соединен с выходом вычислителя частных корреляций и входом квадратора, причем первый и второй выходы решетчатого фильтра соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ и с первым и вторым входами вычислителя частных корреляций, первый выход блока формирования микрокоманд соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и с первым управляющим входом измерителя дисперсии, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока формирования микрокоманд, третий, четвертый и пятый выходы последнего подключены к соответствующим входам записи, чтения и адресации первого и второго блоков памяти, причем- входы чтения первого и второго блоков памяти соединены с первым управляющим входом вычислителя частных корреляций, шестой и седьмой выходы блока формирования микрокоманд соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами решетчатого фильтра, причем восьмой выход блока формирования микрокоманд соединен с вторым управляющим входом вычислителя частных корреляций, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения спектра, в него введены вычислитель дисперсии, вычислитель амплитудно-частотной характеристики, третий, четвертый, пятый блоки памяти, блок взвешивания, сумматор, вычислитель весовых коэффициентов, блок обращения, при этом четвертьй выход блока формирования микрокоманд соединен с третьим управляющим входом решетчатого фильтра, а выход квадратора соединен с первыми входами вычислителя дисперсии и вычислителя амплитудно- частотной характеристики, второй вход последнего из которых соединен с входом квадратора, причем выход четвертого блока памяти соединен с третьим входом вычислителя амплитудно-частотной характеристики и первыми входами блока взвешивания и вычислителя весовых коэффициентов,

выход последнего из которых соединен с вторым входом блока взвешивания, выхэд которого подключен к первому входу сумматора, а второй 5ход последнего соединен с выходом пятого блока памяти и информационным входом блока обращения, восьмой к девятый выходы блока формирования микрокоманд соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами вычислителя дисперсии, причем выход измерителя дисперсии соединен с вторым входом вычислителя дисперсии, выход которого соединен с входом третьего блока памяти, выход которого лоц- клпчен г зторому входу вычислителя псовых коэффициентов, третий вход последнего поп r.jiio isn к выходу обращения ч яиляется вихсдом cs ройстза, . чеся-кй, одиннадцатый л г ,зенадь тын выходы блока фс-р- .ч i Kpor.cvaH.n, подключены со отзетстсеыю к первому, второму управляющем входам и входу адресации вычислителя амплитудпо-ч-астотнон характеристики, выход которого соединен с входом четвертого блока а- ш.ти, входы ззш.сп цтенгч и адресации коюрого соединены соответственно с тринадцать : 1, четырнадцатым и пятнадцатью выходами блока сюрмн- рованиа микрокоманд, шестнадцатый выход которого соединен с входом записи пятого блока памяти и входом управления блока обращения, причем вход адресации пятого блока памяти соединен L семнадцатым выходом блока формирования микрокоманд, а восемнадцатый, девятнадцатый и двадцатый выходы последнего подключены соответственно к входам записи, чтения, адресации третьего блока памяти, вход чтения которого соединен с первым управляющим входом вычислителя весовых коэффициентов, второй управляющий вход которого соединен с двадцать первым выходом блока формирования микрокоманд, четырнадцатый выход которого соединен с управляющим входом блока взвешивания, с входом чтения пятого блока памяти п третьим управляющим входом вычислителя весовых коэффициентов, вход адресации которого подключен к двадцать второму выходу блока формирования микрокоманд,

тик содерхт регистр константы, первый и второй сумматоры, постоянное запоминающее устройство, первый и второй умножители, причем выход ре5 гистра константы соединен с первым входом первого сумматора, вы .од которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умно0 жителя, первый з:,од которого соединен с выходом постоянного запомн - нающего устройства, причем адресный вход последнего является входом адресации вычислителя амплзтудно-час5 тотной характеристики, первый и второй входы которого соединены соот- ветствен о с вторым-, входами первого сумматорг п первого умножителя, причем выход второго сумматора сее0 днпен с первым входом в rope-го умножителя, второй вход которого чв- ляется третьим входом вычислителя амплитудно-частотной характеристики, первый управляющий вход которого сов динен с входом управления регистра константы, вход данных которого подключен к уровню логической единицы, второй управляющий вход вычислителя амплитудно-частотной характеристики

0 соединен с входами управления первого и второго умножителей, выход последнего из которых является выходом вычислителя амплитудно-частотной характеристики .

5

Фиг. 2

Фиг.3