Способ спектрального анализа с линейным предсказанием Советский патент 1991 года по МПК G01R23/16 

ИЛИ 2 и 3, 1 и 2-м входами вычислителя 7 частных корреляций. Выходы измерителя 8 дисперсии и квадратора 9 подключены к соответствующим входам блока 10 рекурсий, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам блока 11 формирования микрокоманд, к соответствующим выходам которого подключены управляющие входы решетчатого фильтра 6. Первый выход блока 10 соединен с информационным входом Фурье-преобразователя 12. выход которого подключен через квадратор 13 к информационному входу блока 14 памяти, управляющий и адресные входы которого подключены к соответствующим выходам блока 11. Выход блока 14 соединен с входом блока 15 взвешивания и первым входом вычислителя 16 массовых коэффициентов. Блок 15 взвешивания может быть выполнен на стандартных микросхемах - умножителях. Второй выход блока 10 рекурсий подключен к информационному входу блока памяти, управляющий и адресный входы которого соединены с соответствующими выходами блока 11. Выход блока 17 соединен с вторым входом вычислителя 16, выход последнего подключен к второму входу блока 15 взвешивания, выход которого соединен с вторым входом сумматора 18. Выход сумматора 18 соединен с информационным входом блока 19 памяти, управляющие и адресный входы которого соединены с соответствующими выходами блока 11 формирования микрокоманд Выход блока 19 памяти подключен к первому входу сумматора 18 и информационному входу блока 20 обращения, выход которого соединен с третьим входом вычислителя 16 массовых коэффициентов. Блок 20 обращения может быть выполнен з стандартных микросхемах - постоянные .запоминающих устройствах.

Анализатор спектра, реализующий способ, работает следующим образом.

В исходном состоянии в блоке 11 формирования микрокоманд установлены начальные условия. Предварительно в блоке 10 рекурсий в регистр постоянно записан коэффициент аоо 1.

На первом этапе работы на вход анализатора подается исследуемый сигнал, а в блоке 11 на первом выходе вырабатывается тактовый сигнал, который поступает на управляющий вход АЦП 1. Полученный ряд отсчетов поступает через элементы ИЛИ 2 и 3 на информационные входы (В) соответствующих блоков 4 и 5 памяти. Одновременно с третьего выхода блока 11 поступают импульсы разрешения записи на соответствующие входы блоков 4 и 5. На синхровходы

и адресные входы последних поступают импульсы - микрокоманды с 4 и 5-го выходов блока 11. Блок 11 может быть выполнен на стандартных электронных элементах по

известной схеме последовательного соединения синхрогенератора, счетчика и постоянного запоминающего устройства, в котором записаны коды микрокоманд

Одновременно отсчеты сигнала с выхода АЦП 1 подаются в измеритель 8 дисперсии, в котором определяется дисперсия входного сигнала. Измеритель 8 может выполнен по схеме последовательного соединения квадратора и накапливающего сумматора. С второго входа блока 11 подается сигнал на управляющий вход измерителя 8, с выхода которого сигнал дисперсии поступает на первый вход блока 10 рекурсий На втором этапе осуществляют итеративное вычисление коэффициентов линейного предсказания anm (n 1.N - порядок фильтра, m - О, N - номер коэффициента в фильтре n-го порядка) и по ним определяют амплитудно-частотные характеристики фильтров предсказания от 1-го до N-го порядков включительно. При этом каждая n-я итерация содержит четыре шага вычислений: фильтрацию ошибок линейного предсказания в решетчатом фильтре 6, вычисление

коэффициента частной корреляции в вычислителе 7, определение кода линейного предсказания в блоке 10 рекурсий и вычисление амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания в Фурье-преобрззователе 12 На первой итерации (п 1) последовательность отсчетов X (I), записанную в блоки 4 и 5 памяти, считают соответственно последовательностью ошибок линейного предсказания вперед fo(l) X(l)

и последовательностью ошибок линейного предсказания назад bo(l} Х(().

По тактовым импульсам с четвертого выхода блока 11 формирования микрока- манд, с выхода блоков 4 и 5 считывают последовательности кодов fo(l) и bo(l) соответственно на первый и второй входы решетчатого фильтра 6 предсказания на выходах которого формируются значения fi(l) fo(l), bi(l) bo(l-1). Эти последовательности вновь записываются по тактовым импульсам и адресам (третий и пятый выходы блока 11) в те же ячейки блоков 4 и 5 и одновременно подаются на первый и второй входы вычислителя 7 частных корреляций.

В вычислителе 7 последовательности ошибок fi(l) и bi(l) суммируются, возводится в квадрат и снова попарно суммируются, образуя новые последовательности:

Si.i (l)-f bi(l)2 - {-4fi(l) bi(l)};

fi(0-bi(i)n

S2.l (0 + bl(l)f (l)-bi(l)2}

- (l) - ()}.

По команде с седьмого выхода блока 11 на выходе вычислителя 7 формируется значение коэффициента частной корреляции рп, соответствующего итерации п 1; qi -Si,1/32,1. Коэффициентд1 по тактовому импульсу (восьмой выход блока 11) поступает на третий информационный вход решетчатого фильтра 6, одновременно подается на второй вход блока 10 рекурсий и через квадратор 9 - на его третий вход. На первый вход блока 10 рекурсий поступает с выхода измерителя 8 оценка дисперсии F0. В блоке 10 рекурсий осуществляется формирование коэффициентов линейного предсказания апт и дисперсий Рр по соотношениям:

Эпт Зп-1,т + О,п Эп-1.п-т Pn (bqn-i2) Pn-i,

1, где Зпт Цп, т п .

О, т п

При этом на первой итерации (п 1) коэффициенты линейного предсказания равны: а ю аоо + qiaoi аоо 1.

аи зо1 + qiaoo qi.

По коду адреса, поступающего с двенадцатого выхода блока 11 на адресный вход блока 10, с первого выхода блока 10 на информационный вход преобразователя 12 поступают коэффициенты линейного предсказания. Фурье-преобразователь 12, работающий, например, по известной подпрограмме быстрого преобразования Фурье или по эппаратно-ориентированно- му принципу, осуществляет вычисление набора коэффициентов Фурье, Таким образом, с первого выхода преобразователя 12 на вход квадратора 13 подается код, соотзетствующий амплитудно-частотной характеристике фильтра предсказания Ki(f) с выхода квадратора 13. Полученный код поступает на информационный вход блока 14 памяти, на управляющие и адресный входы которого поступают импульсы разрешения и адрес с тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого выходов блока 11 формирования команд. С второго выхода блока 10 рекурсий нг информационный вход блока 17 памяти поступает оценка дисперсии PL Одновременно с девятнадцатого, двадцатого и двадцать первого выходов блока 11 поступают импульсы разрешения записи, синхроимпульсы и адрес - на входы блока 17. Этими операциями завершается первая итерация (п 1) второго этапа. По0

следующие итерации (п - 2.3N) осущесвтляются аналогично. При этом получают значения дисперсий и амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания ошибки от 2-го до N-ro порядков включительно.

На третьем этапе осуществляют расчет набора из (N+1)-ro весовых коэффициентов, исходя из системы N-П уравнений:

15

/G(f)Ko2(f)df P0 /G(f)Ki2(f)df Pi

(1)

/G(f)KN2(f)df PN

Расчет проводят в вычислителе 16 итеративно по соотношению

Ano + i)An(i)+r( i )

г 1

ЈЛп(ОК,

п 1

со

5

0

(2)

где п I.N, i 1,1

В момент i 1 задают начальные значе- 0 ния AN (1) 1/Ро. Ал (1) 0 (п - 2.N), а величина /фиксируется постоянной из условия сходимости итераций к искомым корням системы уравнений (1).

По тактовым импульсам с тринадцатого выхода блока 11 формирования микрокоманд с выхода блока 14 памяти на вход вычислителя 16 поступают отсчеты квадраторов амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания Kn2(f) (n 1,N). При этом на синхровход вычислителя 16с выхода 18 блока 11 поступает тактовый импульс. После поступления синхроимпульса с девятнадцатого выхода блока 11 на зход блокз

17памяти i/i вход вычислителя 16 на его информационном выходе формируется коэффициент A,-, (i), который поступает на второй информационный вход блока взвешивания. На 1-й итерации заканчивается вычисление массовых коэффициентов.

На четвертом этапе вычисляюттекущую оценку спектра по итерациям i - 1,

G(f)1/ Ј А,, (О К,2 if).

п - 1

5Прл этом вычисление произведения

An (0 Kn (f) происходит в блоке 15 взвешивания, сумма с накоплением - в сумма оре

18и бпоке 19 памяти, обращение - в блоке 20. По тактовому импульсу, поступающему с девятнадцатого выхода блока 11 формирования микрокоманд на вход вычислителя 16 массовых коэффициентов, с информационного выхода последнего коэффициенты An (I) поступают на второй вход блока 15 взвешивания. При этом с четырнадцатого выхода блока 11 синхросигнал поступает на вход блока 14 памяти и синхровход блока 15 взвешивания. С выхода блока 15 произведения An О ) Kn2 (f) поступают на вход сумматора 18, а с его входа - на информационный вход блока. 19 памяти, на управляющий и адресный входы которого поступают импульсы с четырнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого выходов блока 11 формирования микрокоманд. Совокупность сумматора 18 и блока 19 образует накапливающий сумматор. С выхода блока 19 результат суммиNрования 2 Лл () Кп (О поступает на

п 1

второй вход сумматора 18 и информационный вход блока 20 обращения, На управляющий вход блока 20 поступают импульсы с шестнадцатого выхода блока 11, на выходе блока 20 формируется оценка спектра лN„

G (f) 1/( 2 (1-1) Кп2 (f)),которая на поп - 1

следней 1-й итерации является результирующей оценкой спектра G(f). В момент окончания N-й итерации после I вычислений по схеме (1) полученная оценка спектра с высокой точностью отвечает априорным данным соотношения (2), тем самым обеспечивая высокую степень близости к истинному спектру G(f).

Формула изобретения Способ спектрального анализа с линейным предсказанием, заключающийся в гом, что аналоговый сигнал преобразуют в цифровую форму, результат запоминают и одновременно определяют дисперсию на входе, производят N итеративных вычислений, при этом каждая n-я итерация включает вычисление ошибок прямого и обратного предсказания, коэффициентов частной корреляции, дисперсии Р и коэффициентов линейного предсказания, производят Фурье-преобразование коэффициентов линейного предсказания, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности оценки спектра, Фурье-преобразование производят на каждой итерации, определяют квадраты амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказания Kn2(f) от первого до N-ro включительно, после чего

производят пошаговые вычисления массовых коэффициентов по соотношению

25

(1 м (f) -RO

f 1

§M )Ki2(0

при заданных начальных величинах An и постоянном коэффициентеу для всех номеров

п от 0 до N, затем полученные массовые коэффициенты умножают на соответстиую- щие квадраты передаточных функций фильтров предсказания, суммируют эти произведения и производят оценку спектра по

обратной функции результата суммирования.

777

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа энергетического спектра в условиях малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности оценки спектра. Способ заключается в том, что аналоговый сигнал преобразуют в цифровую форму, результат запоминают и одновременно определяют дисперсию на входе, производят N итеративных вычислений, при этом каждая п-я Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа энергетического спектра в условиях малой априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности оценки спектра по ограниченной выборке. На чертеже представлена структурная схема анализатора спектра с линейным предсказанием, реализующего способ. итерация включает вычисление ошибок прямого и обратного предсказания, коэффициентов частной корреляции, дисперсии и коэффициентов линейного предсказания. Фурье-преобразование производят на каждой итерации, получая квадраты амплитудно-частотных характеристик фильтров предсказаний Kn (f) от первого до N-ro включительно, после чего проводят ряд пошаговых вычислений массовых коэффициентов по приведенной формуле. Затем полученные весовые коэффициенты умножают на соответствующие квадраты передаточных функций фильтров предсказания, суммируют эти произведения и производят оценку спектра по обратной функци результата суммирования. Благодаря использованию дополнительной информации об анализируемом процессе отбрасывается из рассмотрения множество реализаций оценки спектра, имеющих недопустимые отклонения от истинного спектра, вследствие чего обеспечивается повышение точности оценки,спектра при огран ученном времени анализа.1 ил. Анализатор спектра с линейным предсказанием содержит входной аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ 2 и 3, выходы которых соединены с информационными входами блоков 4 и 5 памяти. Выходы блоков 4 и 5 памяти соединены с первым и вторым входами решетчатого фильтра 6 предсказания, а с третьим входом - выход вычислителя 7 частных корреляций. Выходы решетчатого фильтра 6 соединены с вторыми входами элементов Os ю VJ о