Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использо- вано для анализа спектральных характеристик в условиях малой априорной информации о классе исследуемых случайных процессов.

Целью изобретения является повышение точности измерения спектра.

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора спектра: на фиг. 2 - структурная схема решетчатого адаптивного фильтра.

Адаптивный анализатор спектра (фиг. 1) содержит входной аналоге- цифровой преобразователь 1. решетчатый адаптивный фильтр 2, измеритель 3 дисперсии, Фурье- преобразователь 4, блок 5 формирования микрокоманд, регистр 6 коэффициента, блок 7 коммутации, блок 8 деления. Выходы аналого-цифрового преобразователя 1 и регистра б коэффициента соединены с первым

и вторым входами блока 7 коммутации, выход которого подключен к входу решетчатого фильтра 2. Первый выход фильтра 2 соединен с входом измерителя 3 дисперсии, а второй - с входом Фурье- преобразователя 4. Выходы измерителя 3 дисперсии и Фурье- преобразователя 4 подключены к входам блока 8 деления, выход которого является выходом анализатора спектра. Первый выход блока 5 формирования микрокоманд соединен с управляющим входом аналоге- цифрового преобразователя 1. второй выход блока 5 подключен к управляющим входам блока 7 коммутации и регистра 6 коэффициента. Третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока 5 соединены с входом адресации, первым, вторым, третьим и четвертым управляющими входами решетчатого фильтра 2. Восьмой, девятый и десятый выходы блока 5 подключены соответственно к управляюЁ

О 00 00

00 СП

щим входам измерителя 3 дисперсии, Фурье-преобразователя 4 и блока 8 деления.

Решетчатый адаптивный фильтр 2 (фиг. 2) содержит М идентичных последовательно соединенных звеньев 9-1-9-М. Каждое звено содержит блоки 10-12 задержки, элемент ИЛИ 13, блоки 14-17 умножения, сумматоры 18-21, масштабный усилитель 22. Вход сумматора 18, первые входы блоков 14 и 15 умножения соединены и являются первым информационным входом звена, вторым информационным входом которого являются объединенные входы блоков 10 и 12 задержки. Первый и второй информационные входы звена 9-1 объединены и являются информационным входом решетчатого фильтра 2. Выходы блоков JO и 12 задержки через элемент ИЛИ 13 соединены с первыми входами сумматора 19 блоков 16 и 17 умножения. Выходы блоков 15 и 16 умножения подключены к первому и второ- му входам сумматора 20, выход которого через масштабный усилитель 22 соединен с первым входом сумматора 21, выход последнего подключен к вторым входам блоков 14 и 17 умножения и входу блока 11 задержки.

Выход блока 11 задержки соединен с вторым входом сумматора 21. Выход блока 17 умножения подключен к второму входу сумматора 18, выход которого соединен с вторым входом блока 15 умножения и является первым выходом звена 9. Выход блока

14умножения подключен к второму входу сумматора 19, выход которого соединен с вторым входом блока 15 умножения и является вторым выходом звена 9. Первый выход звена 9-М, подключенный к входу квадратора 23, является вторым выходом решетчатого фильтра. Второй выход звена 9-М соединен со входом квадратора 24. Выходы квадраторов 23 и 24 подключены к входам сумматора 25, выход которого является первым выходом решетчатого адаптивного фильтра 2. Адресный вход фильтра 2 соединен в каждом звене с управляющими входами блоков 14 и 17 умножения. Первый управляющий вход решетчатого фильтра 2 соединен с управляющими входами блоков

15и 16 умножения. Второй, третий и четвертый управляющие входы решетчатого фильтра 2 соединены соответственно с управляющими входами блоков 11-12 задержки.

Анализатор производит измерение за три этапа: вычисление коэффициентов частной корреляции и дисперсии, вычисление коэффициентов линейного предсказания. расчет квадрата амплитудно- астотной характеристики решетчатого фильтра 2 и спектра.

Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием работает следующим образом.

В исходном состоянии в блике 5 формирования микрокоманд (фиг. 1) установлены начальные условия. Предварительно также в регистр б постоянно записан коэффициент

So - 1, а в блоки умножения 14-17, блоки 10, 12 задержки адаптивного решетчатого фильтра 2 (фиг, 2) запис ы нули.

На этапе измерения спектра на вход анализатора подается исследуемый сигнал

x(t), а в блоке 5 формирования микрокоманд на первом выходе вырабатывает тактовый сигнал, который поступает на управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 1. Полученный отсчет XL с выхода преобразователя 1 поступает на первый вход блока 7 коммутации, Одновременно на управляющий вход последнего подается нулевой потенциал С1 с второго выхода блока 5, разрешающий передачу отсчета XL на выход

блока 7 и далее на информационный вход В решетчатого адаптивного фильтра 2. В фильтре 2 отсчет XL поступает в первое звено 9-1 на первый сумматор 18 и первый блок 10 задержки, а также на первые входы блоков 14 и 15 умножения.

В соответствии с адресом А 1, поступающем с третьего выхода блока 5 форми- рова чя микрокоманд, на первом и втором выходах пэрвого звена 9-1 формируются

ошибки Ьц и ri.L предсказания вперед и назад по соотношениям

( bi,i bo.L qi i TO, v

4 Cn,L r0. L-1 - QU br.L

Ошибки предсказания bm,L. rm,L, m 2,M звеньев 3-2-9-M формируются аналогично по соответствующим адресам А 2, 3М.

При этом коэффициент частной корреляции qm.L вычисляется одинаково во всех звеньях 9 m (m - 1 -М) во втором, третьем б токах 15, 16 умножения, третьем, четвертом сумматорах 20, 21, масштабном умножителе

22 и втором блоке 11 задержки по соотношению

Qm.C CJm, L-1 +/ (rm.L-1 bm-I.L-1 + + bm. L-rrm-1,L-2)

при последовательном поступлении с выходов блока 5 формирования микрокоманд на управляющие входы решетчатого фильтра 2

импульсов С2, СЗ, С4. На практике / выбирается в пределах от 0,1 до 1.

Ошибки предсказания bm.L. rm.L с выходов последнего звена решетчатою фильтра 9-М возводятся в квадрат и сум мируются в квадраторах 23, 24 и пятом сумматоре 25. С первого выхода фильтра 2 ошибка ем L (Ьм.и + rm,) поступает на вход измерь еля3 дисперсии, который реализует функцию о Ааи-12+ ем L2. На II этапе по коэффициентам частной коррекции qm,i, m - 1,М вычисляют коэффициент линейного предсказания Am.i, m 1,М.

Коэффициенты линейного предсказания для решетчатого фильтра 2 являются отсчетами его импульсной характеристики при установленных Б кзждом звене 9-т значениях Рт.ь т 1,М. То есть на II этапе значения коэффициента qm,L не изменяются. Также в каждом блоке 10 задержки сохраняется значение ошибки гт.ы для предыдущего отсчета xi, а для работы фильтра 2 на 2-м этапе используется блок 12 задержки, управляемый импульсами С5 с блока 5.

Вычисление импульсной характеристики решетчатого фильтра 2 осуществляется по единичному импульсу С1, поступающему с второго выхода блока 5 формирования микрокоманд на управляющие входы регистра 6 коэффициента и блока 7 коммутации

С выхода регистра б код коэффициента So поступает на второй вход блока 7 и с выхода последнего - на вход В решетчатого фильтра 2 в котором в соответствии с адресами А 1, 2...М. аналогично работе на первом этапе, осуществляется вычисление значений на первом и втором выходах звеньев 9-1-9-М В отличие от первого этапа управляющие импульсы С2, СЗ, С 4 не выдаются блоком 5, что позволяет не изменять на втором этапе значения qm,L. ГтД-1, т 1 ,М, Всего с выхода 2 блока 5 на втором этапе на входы регистра 6 и блока 7 поступает (М+ 1) управляющий единичный им пульс С1. На вход В фильтра 2 с выхода блока 7 поступают последовательно () коэффициенты, причем первый равен So 1, а остальные М равны О.. На выходе решетчатого фильтра 2 формируется (М+ 1) значение коэффициентов линейного предсказания Am,L, m 0,М, где AO,L 1, которые поступают на вход Фурье-преобразователя 4 и записываются в него по импульсам, поступающим с восьмого выхода блока 5 на управляющий вход преобразователя 4.

Третий этап вычисления спектра начинается в момент окончания формирования (М+1)-го коэффициента AM.L. При этом прекращается формирование кодов А и управляющих импульсов С1 и С5 Фурье преобразователь 4, который рчботэ ег, например, по известной подпрограммбыстрого преобразования Фурье (БПФ) или по аппаратно- ориентированному принципу (аналогично серийному Фурье- преобразователю Х6-8) осуществляют вычисление ря да квадратов коэффициентов Фурье

являющимися квадратом амплитудно-чяс тотной характеристики решетчатого фильтра М-ro порядка KL2(f).

С выхода Фурье-преобразователя 4 значения KL (f) поступают на первый вход

блока 8 деления, на второй вход которого

приходит значение дисперсии оЈ с выхода измерителя 3. По импульсам, поступающим с 9 выхода блока 5 на управляющий вход

блока 8. происходит вычисление оценки 2

спектра по соотношению Gift) ot /KL (f)

После прихода следующего отсчета XL+I вычисление спектра начинается с I этапа

Формула изобретения

1. Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием, содержащий последовательно соединенные решетчатый адаптивный фильтр, измеритель дисперсии,

второй вход которого соединен с первым выходом блока формирования микрокоманд, второй выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы - с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами решетчатого адаптивного фильтра, восьмой выход - с первым входом Фурье-преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу решетчатого фильтра, информационный вход аналоге- цифрового преобразователя соединен с входом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности измерения спектра, в hero введены регистр коэффициента, блок коммутации и блок деления, при этом выход аналого- цифрового преобразователя подключен к ервому входу блока коммутации, с вторым

входом которого соединен выход регистра коэффициента, выход блока коммутации подключен к шестому входу решетчатого адаптивного фильтра, выходы измерителя дисперсии и Фурье преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, третий вход блока коммутации и вход регистра команд объединены и соединены сдевятым выходом блока формирования микрокоманд, десятый выход которого соединен с третьим входом

блока деления, а его выход подключен к выходу устройства.

2.Анализатор по п. 1,отличающий- с я тем, что решетчатый адаптивный фильтр выполнен в виде М идентичных последова- тельно соединенных звеньев, первого и второго квадраторов и сумматора, входами соединенного с выходами квадраторов, а выходом - с первым выходом фильтра, каждое из М звеньев состоит из первого, второ- го и третьего блоков задержки, элемента ИЛИ, первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, масштабного усилителя, при этом первый вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене соединен с управ- ляющими входами первого и четвертого блоков умножения, выход четвертого блока умножения через последовательно соединенные первый сумматор, третий блок умножения, третий сумматор, масштабный усилитель и четвертый сумматор подключен к вторым входам первого и четвертого блоков умножения и первому входу третьего блока задержки, второй вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене соеди- нем с первым входом второго блока задержки, выход которого через элемент ИЛИ подключен соответственно к первому входу второго сумматора, второму входу третьего

блока умножения и третьему пходу четвертого блока умножения, третий вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене соединен с третьим входом третьего блока умножения и первым входом второго блока умножения, выход последнего подключен к второму входу второго сумматора, четвертый вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене через третий блок задержки соединен с вторым вхо/юм четвертого сумматора, пятый вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене через первый блок задержки соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход второго сумматора подключен к второму входу второго блока умножения, шестой вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене подключен к вторым входам первого сумматора, первого и второго блоков задержки и к третьим входам первого и второго блоков умножения, первый и второй выходы каждого звена подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, первый выход М-го звена соединен с вторым выходом решетчатого адаптивного фильтра и с входом первого квадратора, второй выход М-ro звена подключен к входу второго квадратора, а второй выход устройства подключен к входу первого квадратора.

«М го

:э Q

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа спектральных характеристик в условиях малой априорной информации о классе исследуемых случайных процессов Цель изобретения - повышение точности измерения спектра. Достигается путем введения в устройство регистра 6 коэффициента, блока 7 коммутации, блока 8 деления и образования новых функциональных связей. Кроме того, устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1. решетчатый адаптивный фильтр 2, измеритель 3 дисперсии, Фурье-преобрэзова- тель 4, блок 5 формирования микрокоманд. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.