Адаптивное усредняющее устройство Советский патент 1992 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к устройсТт вам для оценки параметров нестационарных случайных сигналов (НСС), может быть использовано в устройствах обработки сигналов в различных радиог системах и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. 1174948.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счёт получения несмещенной оценки среднего значения нестационарного случайного 1сиг- нала при наименьшем интервале запаз- дывания.. ;

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит интегратор 1, .линию задержки 2, вычитатель (блок вычитания) 3, интегратор 4, линию за-, держки 5, сумматор 6, линию задержки 7, вычитатель 8, интегратор 9, линию задержки 10, сумматор 11,. линию за-

;держки 12, сумматоры 13 и 14, элемент задержки 15, вычитатель 16, пороговый элемент 17 с памятью, дифференцирую-: щую цепь 18, счетчик 19, элемент И20.

Згстройство снабжено также т-2 элементами задержки 21, т-2 блоками вы-; :читания 22, т-2 пороговыми элементами с памятью 23, т-1 ключами 24.

При этом вход устройства соединен :с объединенными входами интегратора Т и линии задержки 2, выход интегратора 1 соединен с объединенными входами линии задержки 5 и вычитаемым входом вычитателя 3, вычитающий вход которого объединен с входом линии задержки 7 и соединен с выходом линии задержки 2.

Выход линии задержки 5 соединен с одним входом сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом интегратора 4, вход которого соединен с выходом вычитателя 3.

щ

оэ ел

.4 Ј

К

Выход сумматора 6 соединен с объединенными входами линии задержки 10 и вычитаемым входом вычитателя 8, вычитающий вход которого объединен с входом линии задержки 12 и соединен с выходом линии задержки 7.

Выход линии задержки 10 соединен с одним входом сумматора 11, второй вход которого соединен с выходом ин- теграт.ора 9, вход которого соединен с выходом вычитателя 8.

Выход сумматора 11 соединен с последующим каскадом устройства, число которых равно гл. Выходом (т-1)-го каскада является сумматор 13, выходом m-го каскада является сумматор 14,

Выход сумматора 13 через элемент задержки 15 соединен с вычитаемым входом вычитателя 16, вычитающий вход которого объединен с входом дифференцирующей цепи 18 и соединен с выходом сумматора 14.

Выход вычитателя 16 соединен с входом порогового элемента 17, выход которого соединен с одним входом элемента И 20, второй вход которого соединен с выходом счетчика 19, вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 18.

Причем вход элемента задержки 21.j соединен с выходом j-ro каскада .устройства (j - 1,2,...,та-2).

Выход элемента задержки 21.j соединен с информационным входом ключа 24.j одним входом вычитателя 22..J. Другой вход вычитателя 22.j соединен с выходом сумматора (j + D- -ro каскада /устройства.

При этом выход вычитателя 22.j соединен с входом порогового элемента 23.j, выход которого соединен с управляющим входом ключа 24 ..j.

Причем информационный вход ключа 24.т-1 объединен с первым входом дополнительного блока вычитания 16. Управляющий вход ключа 24.т-1 объединен с первым входом элемента И 20.

Устройство работает следующим образом..

Нестационарный случайный сигнал с неизвестным математическим ожиданием (средним значением) одновременно поступает на интегратор 1 и линию за - держки 2. .

Первый сглаженный сигнал поступает далее на вычитатель 3, на второй вход которого поступает задержанный на половину интервала сглаживания случай

5

0

5

ный сигнал. В вычитателе 3 осуществляют первое центрирование сигнала, т.е. из случайного сигнала вычитают его сглаженное значение, полученное на выходе интегратора 1.

Затем первый центрированный сигнал сглаживают в интеграторе 4 и подают на сумматор 6, на другой вход которо- . го поступает задержанный линией задержки 5 сигнал с выхода интегратора 1 .

В результате на выходе сумматора 6 получают оценку матиматического ожидания НСС на выходе первого каскада. Эту оценку подают на второй каскад на вычитатель 8, на второй вход которого поступает случайный сигнал, задержанный линией задержки 7 еще на половину интервала сглаживания.

В вычитателе 8 вычитают из случайного сигнала его оценку математического ожидания, полученную на выходе сумматора 6. Второй центрированный сигнал, полученный на выходе вычитателя 8, сглаживают в интеграторе 9 и подают на один вход сумматора 11. На другой вход сумматора 11 подают задержанный линией задержки 10 сигнал с выхода сумматора 6. В результате на выходе сумматора 11 второго каскада получают еще одну оценку математического ожидания НСС.

Устройство снабжено m подобными каскадами, необходимыми для сведения

5 ошибки смещения к нулю, причем (т-1)- ю оценку математического ожидания получают на выходе сумматора 13 (т-1)- го каскада, т-ю оценку математического ожидания НСС получают на выходе сумматора 14 m-го касада. ,

В случае сглаживания НСС с математическим ожиданием 11 ..(t), описываемым полиномом степени не выше 2(т-1)-1, на выходах сумматоров 6, 11 и т.д.

5 до сумматора.(и-2)-го каскада получают оценки М J (t,T), отличающиеся от истинного значения (t) на величины смещения оценок 6MX (t.T).

Оценки ft ,Т) и A(t,T) на

0 выходах соответственно (т-1)-то и га-го каскадов совпадают с истинным значением Mj(ti) математического ожидания НСС, В результате оценки ) и .tjT) совпадают между

5 собой.

Однако оценками U,Т) оказывается задержанной на половину интервала | сглаживания относительно оценки

А (м-О/

MX (t,T). Поэтому, задержав в линии

0

0

на по

задержки 15 оценку М (t,T) ловину интервала сглаживания, производят вычитание этих оценок в вычита- теле 16.

При совпадении оценок разностный сигнал на выходе вычитателя 16 должен равняться нулю. Практически наблюдаются малые флуктуации разностного сигнала, обусловленные тем, что дисперсия оценок уменьшается до нуля при (Интервале интегрирования Т-- со , а на самом деле Т-величина ограничен- : ная.

Поэтому к выходу вычитателя 16 подсоединен пороговый элемент 17с памятью. Величина порогового напряже- .ния подобрана такой, чтобы малые флуктуации разностного сигнала на выходе вычитателя 16 не. вызывали срабатывания триггера в пороговом элементе 17. , Таким образом, при совпадении оценок на выходах сумматоров 13 и 14 не :происходит срабатывания порогового (элемента 17, и на выходе элемента И 20 сохраняется разрешающее напряжение. Значит, число эктремумов, зарегистрированное в счетчике 19 и поступающее на второй вход элемента И 20 передается на выход устройства.

При несрабатывании порогового элемента 17 разрешающее напряжение поступает также на управляющий вход ключа 24.т-1. В результате напряжение оценки математического ожидания НСС с выхода линии задержки 15 III (t,,T) поступает через ключ 24,т-1 на выход устройства.

В данном случае получаем несмещенную оценку среднего значенияЛ1СС при . наименьшем интервале запаздывания, определяемом, номером (т-1)-го каскада. Все остальные пороговые устройства срабатывают за интервал анализа,

Повышение быстродействия устройства за счет получения несмещенной

что приведет к появлению запрещающего напряжения на управляющих входах всех 45 оценки среднего значения НСС при наи- ключей 24.1...24.т-2. В результате меньшем интервале запаздывания позво- оценки Uto(t,T) . ..iV,21 (t,I) не по- ляет приспосабливаться к изменяюшим- етупят на выходы соответствующих клю- ся внешним условиям с наименьшими чей 24 .1.. .24 .in-2.- временными потерями при анализе сред50 него значения случайных сигналов.

10

15

35

25

30

40

В этом случае на выходе вычитателя 16 получают разностный сигнал с 1флук- туациями, превышающими пороговый уровень элемента 17, с выхода которого поступает запрещающее напряжение на вход элемента И 20 и на ключ 24.т-1.

В результате с выхода элемента И 20 не выдается число экстремумов, зарегистрированное в счетчике 19. На выход ключа 24.т-1 не поступает оценка M Tn% 4t,.T) . По истечении интервала анализа производится сброс счетчика 19, в нулевое состояние.

В рассмотренном случае для получения несмещенной оценки среднего значения при наименьшем интервале запаздывания необходимо увеличить число каскадов в устройстве.

Рассмотрим теперь случай, когда сглаживают НСС с математическим ожиданием My(t)j описываемым полиномом, степень которого не выше значения 2(j-1)-1. Тогда на выходах (j-1)-ro и j-го каскадов оценки совпадают с истинным значением ). Поэтому разностный сигнал на выходе вычитателя 22.j не превышает порогового уровня порогового элемента 23.j. Следовательно1, на управляющий вход клю- ча 24.j не поступает запрещающее ка- пряжение, и с выхода ключа 24.j снимается напряжение несмещенной среднего значения ,T) npk наименьшем интервале запаздывания за счет автоматического подключения к выходу устройства с помощью соответ- % ствующего j-го ключа каскада несмещенной оценки минимального номера. По истечении интервала анализа производится сброс счетчика 19 и триггеров пороговых элементов 23.1... 23.J-1 в нулевое состояние.

Повышение быстродействия устройства за счет получения несмещенной

45 оценки среднего значения НСС при наи- меньшем интервале запаздывания позво- ляет приспосабливаться к изменяюшим- ся внешним условиям с наименьшими временными потерями при анализе сред

Изобретение может быть исподьзо- вано при анализе нестационарных слу- чайных сигналов и измерения парамет-: ров сигналов в различных радиосистемах. Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства за счет,получения несмещённой оценки среднего значения нестационарного случайного сигнала при наименьшем интервале запаздывания. Устройство содержит блоки 1-20,-которые определяют характер функции среднего значения . нестационарного случайного сигнала, и блоки 21-24, с помощью которых осу- ; ществляют несмещенную, оценку среднего значения при наименьшем интервале запаздывания. Цель изобретения достигается путем автоматического подключения к выходу устройства каскада минимального номера. 1 ил.

При сглаживании НСС с математическим ожиданием Mx(t), описываемым полиномом, степень которого выше 2(т- -D-1, оценки ,T)MJ™(t,T) на выходах соответственно (т-).-то и m-го каскадов не совпадают обе или, по крайней мере, первая с. истинным .. значением lly(t) .

Формула изобретения Адаптивное усредняющее устройство по авт. св. № 1174948,. отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства за счет получения несмещенной оценки среднего, значения нестационарного случайного сигнала при наименьшем интервале запаздывания, в него введены т-2 (где т - количество каскадов устройства) элементов задержки, т-2 блоков вычитания, т-2 пороговых элементов с памятью, т-1 ключей, выходы которых являются выходами устройства, .причем вход j-го (j 1,2,...,m-2) элемента задержки соединен с выходом сумматора j-ro каскада устройства, а выход 1-го элемента задержки подключен к информационному входу j-ro ключа и к

первому входу j-ro блока вычитания, выход которого через j-й пороговый элемент с памятью соединен с управляющим входом j-ro ключа, второй вход j-ro блока вычитания подключен к выходу сумматора (j+Orro каскада устройства, информационный вход (т-1)го ключа соединен с первым входом дополнительного блрка вычитания, а улрав- ляющий вход (та-1)-го ключа объединен с первым входом элемента И.

П

Г-1 {Г-1