Адаптивный анализатор спектра Советский патент 1993 года по МПК G01R23/16 

W +f ++t)-f p#&f

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности радиолокационных, радионавигационных, систе- мах радиосвязи для спектрального анализа многокомпонентных случайных процессов.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг.1 представлена структурная схе- ма адаптивного анализатора спектра; на фиг.2 - структурная схема адаптивного решетчатого фильтра; на фиг.З - структурная схема блока вычисления коэффициентов линейного предсказания; на фиг,А - вре- менная диаграмма распределения синхроимпульсов.

Адаптивный анализатор спектра содержит входной аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, последовательно соединенные адаптивный решетчатый фильтр 2, измеритель 3 дисперсии и блок 4 деления, блок 5 формирования .микрокоманд, блок 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, блок 7 дискретного преобразователя Фурье. М выходов адаптивного решетчатого фильтр 2 соединены с соответствующими М информационными оходзми блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, М выходов ко- торого подключены к М соответствующим входам преобразователя 7 Фурье. Первый, второй, третий и четвертый входы синхронизации последнего соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока 5 формирования микрокоманд, шестой выход которого подключен к синхровходам АЦП 1, измерителя 3 дисперсии, блока 4 деления и вторым синхровходам адаптивного решетчатого фильтра 2. Первый, третий и четвертый синхровходы адаптивного решетчатого фильтра 2 подключены соответственно к первому, седьмому и восьмому выходам блока 5 формирования микрокоманд, пер- вый, второй и третий синхровходы блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания соединены соответственно с вторым, третьим и четвёртым входами блока 5 формирования микрокоманд, выход блока 4 деления является выходом спектроанали- затора.

Адаптивный решетчатый фильтр 2 состоит из М идентичных последовательно со- .единенных звеньев 8-1...8-М, квадраторов 9,10 и сумматора 11, входами соединенного с выходами квадраторов 9,10. Выход сумматора 11 соединен с первым выходом фильтра 2, входы квадраторов 9, 10 подключены к первому и второму выходу М-го звена 8-М

фильтра. Информационный вход фильтра 2 подключен к первому и второму информационным входам первого звена 8-1, первый, второй и третий и четвертый входы синхронизации фильтра 2 подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам синхронизации всех М звеньев 8-1..,8-М, третьи информационные выходы звеньев являются выходами адаптивного решетчатого фильтра 2. Каждое из М звеньев 8-1...8-М состоит из квадраторов 12,13, блоков 14,15,16 задержки, регистров 17, 18 сдвига, блоков 19, 20, 21 умножения, сумматоров 22, 23, 24, 25, делителя 26. Первый информационный вход звена 8-1 соединен с входом квадратора 12, первым входом умножителя 19, информационным входом первого регистра 17 сдвига, а второй информационный вход звена является информационным входом блока 14 задержки, выход которого подключен к входу квадратора 13, второму входу блока 19 умножения, информационному входу регистра 18 сдвига. Выходы квадраторов 12, 13 соединены соответственно с вторым и третьим входами сумматора 22, первый вход которого подключен к выходу блока 15 задержки. Выход сумматора 22 является входом блока 15 задержки и первым входом делителя 26. Выход блока 19 умножения соединен с первым входом сумматора 23, второй вход которого подключен к выходу блока 16 задержки. Выход сумматора 23 подключен к входу блока 16 задержки и второму входу делителя 26, выход которого является третьим информационным выходом звена 8-1 и соединен с вторыми входами блоков 20, 21 умножения. Выход регистра 17 сдвига подключен к первым входам сумматора 24 и блока 20 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 25. Выход второго регистра 18 сдвига подключен к первым входам сумматора 25 и блока 21 умножения, выход которого подключен к второму входу сумматора 24. Выход сумматора 24 является первым информационным выходом звена 8-1, вторым информационным выходом которо1 го является выход сумматора 25. Первый вход синхронизации звена 8-1 подключен к синхровходу делителя 26, второй вход синхронизации соединен с входами синхронизации блоков 14,15,16 задержки, третий вход синхронизации подключен к входам синхро- . низации квадраторов 9, 10, 12, 13 и блоков 19, 20, 21 умножения, четвертый вход синхронизации соединен с входами синхронизации сумматоров 11, 22, 23, 24, 25. Третий информационный выход т-го (т - 1.М) звена соединен с т-выходом адаптивного решетчатого фильтра 2,

Блок 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания состоит из М вычислительных каскадов 27-1.„27-М, имеющих (регулярную структуру и соединенных последовательно. Каждый m-й каскад (т О, М 5, 1) имеет m + 1 информационных входов, из соторых m входов подключены к m соответствующим входам (m-1)-ro каскада, а (т+1)-й зход является (т+1)-м информационным зходом блока 6 вычисления коэффициентов 10 тинейного предсказания. М выходов (т-1)- о каскада являются информационными вы- одами блока 6 вычисления коэффициентов инейного предсказания, первый, второй и ретий входы синхронизации подключены 15 оответственно к первому, второму и треть- зму входам синхронизации каждого вычис- ительного каскада. При этом каждый т-й аскад содержит ряд из m умножителей 28- ...28-т, ряд из т сумматоров 29-1...29-т и 20 )яок 30 задержки, i-й информационный ход (1 1,М) т-го каскада соединен с пер- ым входом 1-го умножителя 28-1 и первым (ходом 1-го сумматора 25-1, вторые вхо- ,1Ы умножителей 28-1...28-т объедине- 25 )Ы и соединены с (т+1)-м входом аскада 27-(т+1) и подключены к перво- iy входу блока 30 задержки, выход 1-го множителя 28-1 соединен с вторым ходом (m-i+1)-ro сумматора 29-(m-i+1), 30 1ход 1-го сумматора 29-1 является 1-м. информационным входом каскада 27- -(М+1), (го+1)-м выходом является выход бло- (|а 30 задержки. При этом в каждом каскаде

м

первый синхровход соединен с синхр дом блока 30 задержки, второй синхр подключен к синхровходу каждого ум теля 28-1 ...28-т. а третий синхровход с нен с синхровходами каждого сумм 29-1...29-т..

Устройство работает следующим зом.

В исходном состоянии в блоке 5 ф рования микрокоманд установлены на ные условия. Предварительно в измер 3 дисперсии, блоках 14,15,16,30 заде преобразователе 7 Фурье записаны .вые значения.

При измерении спектра на вход а затора подается исследуемый сигнал в блоке 5 формирования микрокома шестом выходе вырабатывается сигна торый поступает на управляющий вход 1. Полученный отсчет XL с выхода А поступает на информационный вход тивного решетчатого фильтра 2, где п пает в первое звено 8-1 на третий квад 12, первый умножитель 19, первый бл задержки, первый регистр 17 сдвига. ответствии с М синхроимпульсами С (фиг.А, поступающими соответствен седьмого и восьмого выходов блока 5 мирования микрокоманд, в третьем и вертом квадраторах 12, 13, сумматор 23, умножителе 19, используя блок да объемом М, вычисляется одновремен всем М звеньях 8-1 ...8-М делимое и дел выражения

2 2 rm Ti,L-(m-1)(M+2) + 1 b m - 1, L - (m - 1) (м +2 ) qm. L-m(M+2)t1

2 (r2m-1.L-(m-l)(M+2) + 1 + D2m - 1. L - ( m - l) (M +2 ) ) L - 1

первый синхровход соединен с синхровхо- дом блока 30 задержки, второй синхровход подключен к синхровходу каждого умножителя 28-1 ...28-т. а третий синхровход соединен с синхровходами каждого сумматора 29-1...29-т..

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в блоке 5 формирования микрокоманд установлены начальные условия. Предварительно в измерителе 3 дисперсии, блоках 14,15,16,30 задержки, преобразователе 7 Фурье записаны нуле- .вые значения.

При измерении спектра на вход анализатора подается исследуемый сигнал x(t), a в блоке 5 формирования микрокоманд на шестом выходе вырабатывается сигнал, который поступает на управляющий вход АЦП 1. Полученный отсчет XL с выхода АЦП 1 поступает на информационный вход адаптивного решетчатого фильтра 2, где поступает в первое звено 8-1 на третий квадратор 12, первый умножитель 19, первый блок 14 задержки, первый регистр 17 сдвига. В соответствии с М синхроимпульсами С7, С8 (фиг.А, поступающими соответственно с седьмого и восьмого выходов блока 5 формирования микрокоманд, в третьем и четвертом квадраторах 12, 13, сумматорах 22, 23, умножителе 19, используя блок данных объемом М, вычисляется одновременно во всем М звеньях 8-1 ...8-М делимое и делитель выражения

где qm.L коэффициент частной корреляции для m-го звена 8-m, m 1,М, в момент вре- г|ени L;

fm.L. bm,L Ошибки ПрЯМОГО И ОбрЭТНОГО

предсказания на выходе m-го звена в мо- кент времени L

Одновременно по М+1 синхроимпульсам Сб (фиг.4), поступающим с шестого вы- хэда блока 5 формирования микрокоманд, М+1 значение прямой и обратной ошибок предсказания гт-и-{ф-1Хм 2 и, bm-u-{m-iXM+2) запоминаются соответственно в регистрах 17 и 18 сдвига. Деление производится в делителе по синхроимпульсу С1, поступающему с первого выхода блока 5 формирования микрокоманд, одновременно с вычислением qm.L-m(M+2)-i для предыдущего

ОТСЧвта ПО Значениям qm.L-m(M+2), bm-1,L-m{M+2), гф-1,( в сумматорах 23, 24. блоках 19,

35 20 умножения с приходом синхроимпульсов С6, С7 на первом и втором информационных выходах звена 8-m ошибки прямого и обратного предсказания по соотношению

bm,L-m(M+2) bm-1.L-m(M+2) - qm.L-m(M+2) X X rm-1.L-m(M+2)+i;

Гт,Ьгл(М+2) - Гт-1,Ьт( - qm,L-m(M+2) X X bm-1.L-m(M+2H.

Ошибки предсказания Ьм.ьм(м+2) гм.1-м(м+2) с выходов последнего звена 8-М адаптивного решетчатого фильтра 2 возводятся в квадрат по стробу С6 и суммируются по стробу С8 в квадраторах 9, 10 и сумматоре 11. С первого выхода фильтра 2 ошибка e2L-M(M+2)+1 Ь2М.ЬМ(М+2) + r2M,L-M(M+2)

поступает на вход измерителя 3 дисперсии,реализующего функцию с.-м(м+2)-2

(Ш2) + (м+2}-1. с выхода которого в блок 4 деления поступает задержанное

значение дисперсии .-м(шЯ-2 .

Одновременно с обработкой в адаптивном решетчатом фильтре 2 входного сигнала происходит формирование коэффициентов линейного предсказания в блоке 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания.

По синхросигналу С2, поступающему с второго выхода бгока 5 формирования микрокоманд, М коэффициентов линейного предсказания qi..,qM поступают на М вхо- дов блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, в котором коэффициент отражения qm поступает на (т+1)-й вход m-ro каскада 27-(М+1), m коэффициентов линейного предсказания посту- пэют с соответствующих выходов (гтИ)-го каскада 27-т, где по синхроимпульсу СЗ умножаются на коэффициент отражения qm. далее по синхроимпульсу С4. поступающему с четвертого выхода блока формирова- ния микрокоманд, на выходах m-ro каскада формируются коэффициенты линейного предсказания Aix-m(M+2)...Atn-i,L-m(M+2), а по синхросигналу С2 - Am,L-m(ivH-2) по соотношениям

Лп.ЫнМ+2)-1 An,L-m(M+2) + qmAm-n.L-m(M+2),

где п - номер отсчета импульсной характеристики (n 1...M).

В остальных каскадах вычисление коэффициентов отражения происходит аналогично.

В итоге на выходе последнего вычислительного каскада 27-М сформиро- ваны значения коэффициентов линейного предсказания (импульсной характеристики), задержанные на М(М+2)+1 такт дискретизации (синхросигнал С б) относительно момента прихода соответствующего отсче- таХь

Одновременно с адаптивным решетчатым фильтром 2 и блоком б вычисления коэффициентов линейного предсказания работает преобразователь 7 Фурье, реали- эующий дискретное преобразование Фурье по соотношению

м -1 Кп « 2 Атехр(- 2ят/М).

т 0

С выхода преобразователя 7 Фурье.отсчеты квадратов АЧХ K2t-M{M+2}-2 поступают на первый вход блока 4 деления, на второй

вход которого подают значения дисперсии (M+2)-2 с выхода измерителя 3 дисперсии. По импульсам, поступающим с четвертого выхода блока 5 формирования микрокоманд на управляющий вход блока 4 деления, происходит вычисление оценки спектра по соотношению

Gt-M(M+2)-3(f) (М+2)-2 (M+2)-2.

Оценка спектра для следующего отсчета данных XL-H будет сформирована на следующий такт L-M(M+2)-2 аналогично предыдущей оценке спектра.

Формула изобретения

первому и второму выходу М-го звена фильтра, информационный вход фильтра подключен к первому и второму информационному входу первого звена, первый, второй, третий и четвертый входы синхронизации фильтра подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам синхронизации всех М звеньев, третьи информационные выходы звеньев соединены с выходами адаптивного решетчатого фильтра, при этом каждое из М звеньев состоит из третьего и четвертого квадраторов, первого, второго и третьего блоков задержки, первого и второго регистров сдвига, первого, второго и третьего бло- ков умножения, второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров, делителя, первый информационный вход звена соединен с входом третьего квадратора, первым входом первого умножителя, информационным входом первого регистра сдвига, а второй информационный соединен с информационным входом первого блока задержки, выход которого подключен к входу четвертого квадратора, второму входу первого блока умножения,, информационному входу второго регистра сдвига, выходы третьего и четвертого квадраторов соединены соответственно с вторыми и третьим входами второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго блока задержки, выход второго сумматора соединен с входом второго блока задержки и пер- ым входом делителя, выход первого блока множения соединен с первым входом ретьего сумматора, второй вход третьего умматора подключен к выходу третьего лока задержки, выход третьего сумматора юдключен к входу третьего блока задержки i второму входу делителя, выход делителя оединен с третьим информационным выхо- ом звена и соединен с вторыми входами торого и третьего блоков умножения, вы- од первого регистра сдвига подключен к ервым входам четвертого сумматора и вто- ого блока умножения, выход которого сое- ,инен с вторым входом пятого сумматора, ыход второго регистра сдвига подключен к ервым входам пятого сумматора и третьего лока умножения, выход которого подклю- ен к второму входу четвертого сумматора, ыход четвертого сумматора соединен с ервым информационным выходом звена,

вторым информационным выходом звена является выход пятого сумматора, первый вход синхронизации звена подключен ксин- хровходу делителя, второй вход синхронизации соединен с входами синхронизации первого, второго и третьего блоков задержки, третий вход синхронизации звена подключен к входам синхронизации первого, второго, третьего и четвертого квадраторов

и первого, второго и третьего блоков умножения, четвертый вход синхронизации звена соединен с входами синхронизации первого, второго,третьего, четвертого и пятого сумматоров, третий информационный

выход m-ro (m 1.М) звена соединен с т-м выходом адаптивного решетчатого фильтра. 3. Анализатор по п.1, от л и ч а ю щ и flea тем, что блок вычисления коэффициентов линейного предсказания состоит из М вычислительных каскадов регулярной структуры , соединенных последовательно, при этом каждый m-й каскад (т 0. М 1) имеет т+1 информационный вход, из которых m входов подключены к m соответствующим

входам (т-1)-го каскада, а (т+1)-й вход соединен с (т+1)-м информационным входом блока вычисления коэффициента линейного предсказания, М выходов (М-1)-го каскада соединены информационными выходами

блока вычисления коэффициентов линей- ного предсказания, первый, второй и третий входы синхронизации подключены соответственно к первому, второму и третьему входам синхронизации каждого

вычислительного каскада, при этом каждый m-й каскад выполнен в виде т умножителей, m сумматоров и блока задержки, при этом 1-й информационный вход (I 1,М) m-ro каскада соединен с первым входом 1-го умножителя и первым входом 1-го сумматора, вторые входы умножителей объединены и соединены с (т+1)-м входом каскада и подключены к первому входу блока задержки, выход i-ro умножителя соединен с вторым

входом (m-i+1)-ro сумматора, вход 1-го сумматора соединен с i-м информационным выходом каскада, (т+1}-й выход соединен с выходом блока задержки, при этом в каждом каскаде первый синхровход соединен с

синхровходом блока задержки, второй синхровход подключен к синхровходу каждого умножителя, а третий синхровход соединен с синхровходами каждого сумматора.

оЈс

Г4 СЗС2 $1

г

fc. Ъ