УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА Советский патент 1972 года по МПК G06F17/18 

Т зобретение относится к области вычисли тельной техники и может быть использовано при проектировании устройств для статистической обработки экспериментальных данных.

Известные устройства, применяемые для решения задачи определения времени изменения корреляционной характеристики принимаемого сигнала, имеют недостаточную точность и разрешающую способность определения момента времени изменения свойств случайного сигнала.

Целью изобретения является достижение большей точности и разрешающей 1способности определения момента времени изменения корреляционных свойств случайного сигнала на выходе системы типа колебательного контура и описываемого корреляционной функциейK(t, )D.e X COS (0 ( - ) + - sin Ш1 / - т 11. Сущность изобретеаия заключается в том, 25 что предложенное устройство выполняет еле.дующие вычисления:

+ C-(xt+i - 2xi +xt-i} + т (),

fl/z

А

4ajDj 4aiDi

4-4

2aiDi,OjA2a,DjS2

11

4ajDjp|/i4aiDifiA

Pi . 9, Y4 + ,

i(q} ,(t, ,(t,, Xi(,2...) - значения принимаемого непрерывного сигнала x(t) в дискретные моменты времени с шагом квантования h; п - длина скользящего отрезка дискретного случайного сигнала, на протяженности которого ищется изменение его корреляционных свойств; «2, CU2, DZ - те же параметры после момента изменения свойств случайного сигнала; Ki(/(,7j)|f - определительматрицы .()f, элементы которой представляют собой значения корреляционной функции к(1т) до момента изменения свойств случайного сигнала, при (,...q, (,...9) |л;2(/г,Т;) - определительматрицы /с(/; Tj)u , элементы которой представляют собой значения корреляционной функции к(1гт:) после момента изменения свойств случайного сигнала, при (i q-{-l ... ,п),15 а д-}-1,... ,п). Предложенное устройство отличается тем, что выход преобразователя аналог-код соединен со входом регистра сдвига, выход предпоследней ячейки регистра сдвига соединен со 20 входом первой ячейки и через квадратор, первый сумматор и первый блок умножения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого через второй блок умножения, третий сумматор, второй квадратор и 25 четвертый сумматор соединен с выходами предпоследней и третьей от конца ячеек регистра сдвига, третий вход второго сумматора через третий блок умножения, пятый сумматор, третий квадратор и шестой сумматор соединен с выходами трех последних ячеек сдвига, четвертый вход второго сумматора соединен с выходом блока вычисления логарифма произведений определителей, вход которого соединен с выходом блока управления, другие 35 выходы которого соединены с регистрами сдвига и памяти и входами первого, третьего и пятого сумматоров, а выход второго сумматора соединен со входом регистра памяти, выходы которого соединены с соответствующими 40 входами блока вычисления максимума. Блок-схема предложенного устройства приведена на чертеже. Преобразователь аналог-код 1 предназначен для преобразования непрерывного вход- 45 ного сигнала x(t) в дискретный сигнал Xi(i 1,2...) как по времени, так и по амнл«тзде. Регистр сдвига 2 служит для приема. хранения и циклического сдвига отрезка случайного сигнала, для которого ищется момент 50 времени изменения его корреляционных характеристик. Он состоит из л+1 запоминающих ячеек Я, а2....ап-и, и, таким образом, в нем помещается дискретных значений сигнала Xi(i,2). В регистр сигнал посту- 55 пает из преобразователя аналог-код и по команде из блока управления может передвигаться слева направо. Регистр имеет три выхода. Один выход является выходом последней ячейки регистра On+i « С него снимается 60 сигнал Xi-i. Второй выход является выходом предпоследнеи ячейки Сп и с него снимается сигнал Xi. Третий выход - выход ячейки un-i. С него снимается сигнал Xj+i. Выходные 5 Ю 30 времени «а шаг квантования /г. Для работы регистра в циклическом режиме выход ячейки ип соединен со входом ячейки аь Вычитающий сумматор 5 имеет два .входа. Один его вход подключен к выходу ячейки an регистра 2, а второй - к выходу ячейки an-i. На выходе сумматора получается разница входных сигналов Хг+1-Кг. Сумматор 4 предназначен для суммирования трех входных величин с различными весовыми коэффициентами. Его входы подключены к выходам ячеек , dn, o-n+i регистра 2. Входные сигналы X{+i, и , которые снимаются с ячеек Cn+i « fln-i соответственно, суммируются с весом 1, входной сигнал Xi, снимаемый с выхода ячейки ип - с весом 2. Таким образом, на выходе сумматора получается величина Xi+i-2xi .Гг-1. Квадраторы 5-7 служат для возведения в квадрат входных величин. Следователь„о, на выходе квадратора 5 получается величина xf, на выходе квадратора 6 - величина (Xi+i-Xi), а на выходе жвадратора 7 - величина (Xj+i-2xi- -Xi+i). Блок 8 - блок .,,, управления. Накапливающие сумматоры Р// суммируют последовательно во времени поступающие дискретные значения. Таким образом, на выходе сумматора 9 появляется сумма Si , на выходе сумматора 10 - сумма Sz (Xi+i-Хг), а на выходе сумматора 11 сумма (- 4+1-2.x-;+Xi-i. Блоки умножения 12-14 предназначены для умножения входных величин на константы. Блок 12 умножает на константу А, блок 13-на константу В, блок 14-на константу С. Блок 15 предназначен для вычисления функЦ ), т. е. для вычисления логарифма произведения определителей |к,(г, т,-) 1 и |л;2(1, т,-) . Общий сумматор 16 предназначен для суммирования выходных сигналов блоков 12-15. Регистр памяти 17 с ячейками bi,bz,.. .bn-i, длина которого на две ячейки меньше длины регистра 2, запоминает значения величин (q), которые вычисляются по ординатам случайного сигнала, хранящегося в регистре 2. Величины Р(д) поступают в регистр 17 последовательно из общего сумматора 16 и по команде блока управления 8 параллельно передаются в блок выделения максимума 18. Блок выделения максимума определяет номер ячейки Ь регистра 17, выходной сигнал которой был максимальным. Для большей помехоустойчивости и однозначности ответа блок указывает номер ячейки только в том случае, если ее сигнал превышает минимальный из всех остальных сигналов назаданный порог. Номер ячейки Ь, регистра памяти указывает, что наиболее вероятное изменение свойств случайного сигнала произошло при значении этого сигнала, хранящегося в ячейУстройство работает следующим образом.

Входной сигнал x{t), для которого устройство должно указать момент времени, когда меняются его корреляционные свойства, подается на вход преобразователя аналог-код. Дискретный сигнал Xi(,2...) с выхода преобразователя поступает на вход регистра сдвига 2. Дальнейшую работу устройства рассмотрим с того момента времени, когда регистр 2 заполнен значениями случайного сигнала Xi(i,2). Пусть в регистре находятся следующие значения сигнала x(i): Xi, x-i, Хз...Хп-i. Они расположены в регистре таким образом: Xi находится в ячейке On+i, Xz - в ячейке йп, Хз - в ячейке an-i и т. д., наконец Xn+i - в ячейке ai. По команде из блока управления 8 содержимое регистра 2 сдвигается иа одну ячейку вправо. Величина сдвига от исходного -состояния обозначена буквой q, в данном случае 1. При этом происходит считывание ячеек «n-i, an, an+i. Таким образом во время .сдеига сигнал х,: величиной поступает на входы блоков 3-5, а также занимает ячейки ai и an+i регистра 2. Сигнал Хг+1 величиной поступает на входы блоков 3, 4 и занимает ячейку а„, т. е. прежнее место . Сигнал Xi-.i xi поступает на вход блока 4. На один вход общего сумматора 16 приходит величина ЛА-| (она формируется в блоках 5, Я 2), на второй вход - величина В(хз-Xz) (она формируется в блоках 3, 6, 10, 13), на третий вход - величина С(хз-2x2+Ai)2 (она формируется в блоках 4, 7, 11 и 14. На вход блока 15 из блока управления подается величина сдвига q. Блок 15 вычисляет значение vC) при Q, которое поступает на четвертый вход общего сумматора 16. Следовательно, «а выходе общего сумматора 16 получим значение выражения P(q) при (у 1 т. е. р(1). Величина Р(1) запоминается в ячейке bn-i регистра памяти 17. После всех упомянутых вычислений из блока управления 8 в регистр 2 подается второй импульС сдвига и содержание регистра сдвигается еще на одну ячейку. От исходного состояния оно будет сдвинуто на (. На вход квадратора 5 поступает величина Хз, на входы блока 3 - величины хз и Xj, а на входы сумматора 4 - величины Xz, Хз, XL. Вычисления повторяются. Необходимо отметить, что на входы блоков умножения 12-14 теперь

S х, S (i+1-Xi) и

приходят суммы

1 1

2 (Xi+i)-2xi- -Xi-i} соответственно, так как

сумматоры Я 10 накапливающие. На вход блока J5 .поступает величина . На выходе этого блока будет 7(2). На выходе общего сумматора 16 получим значение Р(2), которое запоминается в ячейке bn-z регистра 17. В общем случае после сдвига регистра 2 на q ячеек на вход запоминающего регистра поступает величина

Р((7) и запоминается в ячейке &«-,. После сдвига регистра 2 на величину в регистре памяти помещаются п-1 значений величины р(): |3(1),р(2),...р(/г-1). Покоманде из блока управления эти значения параллельно передаются в блок выделения максимума 18, который определяет максимальное Р((7) из всех поступивших. Момент времени, соответствующий ма1ксимальному значению

fj(q), и является наиболее вероятным значением момента времени изменения корреляционных свойств случайного сигнала x(t). После передачи значений (q) в блок выделения максимума для отрезка сигнала Х, xz,

хз,...Хп+ по команде из блока управления гасятся сумматоры 9, 10, 11, а регистр 2 устанавливается в исходное нолохсение для следующего цикла вычислений: в ячейке помещается величина Xz, в ячейке йп - величина Хз, и т. д., наконец в ячейке ai помещается новая ордината случайного сигнала x(t). Для этого гасится ячейка an-i регистра сдвига, а его содержимое сдвигается вправо на две ячейки. Р1з преобразователя / в освободившуюся ячейку ai регистра сдвига поступает новое значение сигнала Xn+zДальше проводятся все вычисления для нового отрезка сигнала x(t): Xz, Хз,...,Хп+2После этих вычислений и передачи данных в

блок выделения максимума для вышеуказанного отрезка сигнала, содержимое регистра 2 именяется на хз, лч ..., . Затем вычисления повторяются. Таким образом, из преобразователя аналогкод в регистр 2 все время поступают новые значения сигнала x(f), а устройство проверяет есть ли изменение характеристик.

Устройство должно работать с такой скоростью, чтобы все вычисления для хранящегося отрезка сигнала x{t) в регистре 2 завершались до поступления нового значения Xk из преобразователя. В этом случае устройство работает в натуральном масштабе времени.

45

Предмет изобретения

Устройство для определения изменения свойств случайного сигнала на выходе систем тила колебательного контура, содержащее

преобразователь аналог-код, регистр сдвига, квадраторы, сумматоры, блоки умножения, блоки вычисления логарифма произведения определителей, блок управления, регистр памяти и блок вычисления максимума, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности определения момента времени изменения корреляционных свойств случайного сигнала, выход преобразователя аналог-код соединен со входом регистра сдвига; выход предпоследней ячейки регистра сдвига соединен со входом первой ячейки и через квадратор, первый сумматор и первый блок умножения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого

тор, второй квадратор и четвертый сумматор соединен с выходами нредпоследней и третьей от конца ячеек регистра сдвига; третий вход второго сумматора через третий блок умножения, пятый сумматор, третий квадратор н шестой сумматор соединен с выходами трех последних ячеек ретнстра сдвига; четвертый вход второго сумматора соединеп с выходом блока вычисления логарифма произведений

определителей, вход которого соединен с выходом блока управления, другие выходы которого соединены соответственно с регистром сдвига, регистром памяти и входами первого, третьего и пятого сумматоров, а выход второго сумматора соединен со входом регистра памяти, выходы которого соединены с соответствующими входами блока вычисления максимума.

ГЗ

ЕГЕ

Выход