Дифференцирующе-сглаживающее устройство Советский патент 1977 года по МПК G06F17/17 

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и автоматического управления.

Известно дифференцнрующе-сглаживающее .устройство, предназначенное для вычис- 5 Пения сглаженного значения первой |проирвод.ной при линейной траектории и фиксированной М-мерной выборки входного несглаженногр ригнала для случая его представления в виде суммы полезной составляющей иадди-10 тивной случайной помехи .

Известное устройство включает в себя блок оперативной памяти на Н Ш -разрядных чисел для хранения входной выборки, 15 блок постоянной памяти на VI пт - разрядных чисел для хранения весовых коэффициентов данного метода сглаживания и операционный блок для выполнения операций умножения и суммирования.20

Использование известного дифференцируюше-с1лаживающего устройства приводит к больштл аппаратурным и временным затратам, обусловленным N -кратным выполнением операций суммирования и умножения.25

Наиболее близким по сущносги техническим решением данной задачи явл5(лтсн дифференцирующе-сглаживающее устройство, содержащее блок памяти, блок управления и блок вычисления коэффициентов, причем вход устройства подключен к первому вхопу блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока вычисления коэффициенJ l

тов Нед ос

Недостатком известного устройства является большой объем оборудования и низкое быстродействие, являющееся следсткиек1 того, что его синтез проведен по критернк минимума среднеквадратической флуктуационной ошибки при нулевой динамической ошибки. В нем реализуется уравнение спектральной свертки, ядро которой получено R результате решения уравнения минимума дисперсии флуктуанионной ошибки в спектрал ной области функционального пространства Радемахера. На выходе такого фильтра получаются сглаженные значения первой производной входного с 1гнала с минимальной и

дичиной среднеквадратической флуктуационмой ошибки (СКО)

, .- ГLi :

(0

l -BxVNj(fv2-llTai2

tvu BX входного сигнала;

At интервал дискретизации. Время вычиахвиия первой производной в известном уст|юйстве составляет

. .

(2}

В большинстве практических случаев допустимо определенное отклонение величины флуктационной СКО (примерно до 10%) от минимальной, что дает возможность лростить дифференцирукзще-сглаживающее устройство и сократить временные затраты на вычисление первой производной.

Целью изобретения является упрощение дифференциругоще-сглаживающего устройства и повышение его быстрюдействия.

Поставленная цель достигается тем, что диф геренцирующе-сглаживаюшее устройство кроме блока управления (БУ), блока вычисления коэффициентов (БВК), и блока памяти, первый вход которого подключен к входу устройства, а выход - к первому входу блока вычисления коэффициентов, содержит реверсивный счетчик, элемент И и элемент задержки, причем первый выход блока управления подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен соответственно к второму входу блока вычисления коэффициентов и через элемент задержки к первому входу реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу блока памяти, третий вход которого подключен к второму выходу БУ, первый, второй и третий выходы БВК подключены соответственно к устройства, входу БУ и второму входу элемента И, четвертый вг.ход ВЕК подключен ко второму входу реверсивного счетчика, при этом блок вычисления коэфф1щиентов (БВК) содержит суммачтор, два элемента И и генератор функций, причег первый вход БВК подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к первому выходу ВВК, второй вход которого подключен к входу генератора функций и к первым входам элементов И, выходы которых подключены к второму и третьему входам сумматора, вторые входы элементов И подключены соответственно к первому и второму выходам генератора функций, третий, четвертый и пятый выходы KOTOfX5Fo подютючены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам бло1са вычисления коэ44иниентов, и при этом гене))йтор функдий содержит гг последова-i-jiF.fio соединенных триггеров, причем прямой и инверсный выходе, (t-T-l)-oro триггера подключены соотве1ч:твенно к первому и второму выходам генератора функций, прямой и инверсный выходы 17 -го триггера подключены соответственно к третьему и четвертому выходам генератора функций, вход ( и -1 )-ого подключен к пятому выходу генератора функций.

На чертеже представлена блок-схема пр.,длагаемого устройства.

Дифференцирующе-сглаживаюшее устройство содержит блок 1 памяти, блок 2 вычисления коэффициентов, состоящий из сумматора 3, двух элементов И 4 и 5, генератора функций 6, содержащего п последовательно соединенных триггеров, блок 7 управления, элемент И 8, элемент задержки 9, реверсивный счетчик 10.

Устройство работает следующим образом.

На этапе переходного режима происходит

накопление выборки входного сигнала в блоке 1, причем входной сигнал подается на его первый вход. После того, как в блоке 1 будет записано значений решетчатой

функции входного стенала, устройство переходит к установившемуся режиму.

В начальной стадии установившегося режима по сигналу из блока 7, поступающему на шины обнуления сумматора 3 и генера-.

тора функций 6 и шины обнуления и установки режима суммирования реверсивного счетчика 10 (шины обнуления и устйювки режима суммирования на чертеже не показаны), сумматор 3, генератор функций 6 и

реверсивныйсчетчик 10 устанавливаются в исходное нулевое состояние, а реверсивный счетчик к тому же - в режим суммирования. Нулевое состояние реверсивного счетчика является адресом первой точки выборки.

В последующих М/ циклах работы устройства блок 7 выдает два сдвинутых на один такт управляющих импульса, первый из которых поступает с первого выхода блока 7 на третий вход блока 1 и считывает содержимое ячейки блока, адрес которой записан в реверсивном счетчике 1О, на вход сумматора 3. Второй импульс поступает со

второго выхода блока 7 через открытый элемент И 8 на вход генератора функций 6, первые входы элементов И 4 и 5 и через элемент задержки 9 на первый вход реверсивного счетчика 1О, При этом изменяется содержимое генератора функций и реверсивного счетчика на единицу, а поскольку (П -1)-ый разряд генератора функций обнулен, И1..;ульс пройдет через открытый элемент И ГЗ на шину суммирования суммато : 3. На

сумматоре вы1юлни1х:я операция сложения. а гтаршлельно с ячим в реверсивном счетчике 1О будет с4юрмирс)нан ад(с следующей )чки выборки. BN/4 -ом цикле сигнал с блока 7 пртйде через все (н -2) разряды генератора функ ций и поступит с выхода (и -2)--ого разря да на вход (М -1)-ого разряда и параллель но на второй вход реверсивного счетчика 10 причем в ( и -1)-ый разряд будет записан код единицы и выход блока 7 будет подклю- чек, ч е{}ез открытый элемент И 4 к шине вычитания сумматора 3, а реверсивный счет чик 1О будет одновременно обнулен и установлен в режим вычитания. После этого задержанный на элементе задержки 9 импульс поступит на первый вход реверсивного счетчика 10 и выполнит операцию вычитания. На реверсивном счетчике установится двоичный код числа М , т.е. адрес конической точки выборки. На последующих циклах в сумматоре 3 будет выполняться операция вычитания, а на реверсивном счетчике 10 формироваться адреса последних N/И точек в обратной последовательности. По истечении Н/2 циклов на сумматор 3 все h//4 первые точки входной выборк будут просуммированы с прямыми знаками, а все /4 конечные точки с обратными (вычтены) и на нем сформируется двоичный код числа с точностью до масштабного коэф- фициента совпадающего с величиной первой производной входного сигнала. Старший tt-ы разряд генератора функций установится в единичное положение и заблокирует с помощью элемента И 8 выход блока 7, Кроме того, с единичного выхода п -ого разряда генератора функций 6 в блок 7 сигнал завершения процесса расчета прюиз- водной. Для вычисления первой прюизводной на прслшдующих моментах дискретного времени необходимо выполнить сдвиг информации в блоке 1 на одну ячейку, в освободившуюся записать новую текущую координату, подать сигнал обнуления сумматора 3, генератора функций 6 и реверсивного счетчика 10 и установить последний в режим суммирования. Использование предлагаемого устройства позволяет вычислить производную за время (t,, ,О) что приводит к сокращению временных затрат в К раз, см. (2) и (3): 2n 9og2N Упрощение устройства достигается за счет исключения сумматора, сдвигового регистра и коммутатора, содержащето И двух нходовьг.х saeNiPHTOH 11, «лип tl -вхолои-й элемент МЛН и один элемО 1т Е, и ,1ам(ной их одним ревеуюнвным ц -jiaapsiunbiM счетчиком, одним элементом И и одник - л ментом задержю. Увеличение дисперсии флуктуационных шибок в данном дифф фенцирующе-сглаживающем устройстве fi- i-32/ 1 ( и в предельном случае (при К ) составляет не более 10% ( Сл 1,089й ). Формула изобретения 1.Дифференцирующе-сгпаживающее устройство, содержащее блок, памяти, блок управления и блок вычисления коэффиниен;тов, причем вход устройства подключен к первому входу блока памяти, выход которого подключен к первому входу блока вычисления коэффициентов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его быстродействия, оно содержит реверсивный счетчик, элемент И и элемент задержки, причем вый выход блока управления подключен к первому входу элемента И, выход которого подключен соответственно к второму входу блока вычисления коэффициентов и через элемент задержки к первому входу реверсивного счетчика, выход которого подключен к второму входу блока памяти, третий вход которого подключен к второму выходу блока управления, первый второй и третий выходы блока вычисления коэффициентов подключены соответственно к выходу устройства, входу блока управления и второму входу элемента И, четвертый выход блока вычисления коэффициентов подключен к второму входу реверсивного счетчика. 2.Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что. блок вычисления коэффициентов содержит сумматор, два элемента И и генератор функций, причем первый вход блока вычисления; коэфф1щиентов подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к первому блока вычисления коэффициентов, второй вход которого подключен к входу генератора функций и к первым входам элементов И, выходь которых подключены соответственно К вто}юму и третьему входам сумматора, а вторые входы элементов И подключены соответственно к первому и второму выхсоам reH((Vj-. тора функций, третий, четвертый и пятый

выходы которого подключены соответственно к второму, третьему и четвертому выходам блока вычисления коэффициентов.

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ 9 е с я тем, что генератор функций содержит И последовательно соединенных Триггеров, причем прямой и инверсный выходы ()-ro триггера нодключены соответственно к первому и второму выходам генератора, прямой и инверсный Bf ixoды Т го триггера подютючены соответственно к третьему и четвертому выхо-

дам генератора, вход ( гт -.l) триггера подключен к )му тлкопу генератора.

Источники инфop v aнииJ принятые во внимание при экспертизе.

1,Куз1 мин С, 3ijОсновы теории цифровой обработки радиолокационной информации, Сов. радио., М, , 1974, с, 2J-9, рис. 6.6.

2,Описание к заявке на изобретгНие № 2007207/18-24, 20.03.74 ,

М, itnf Q- 06 Р 15/32, по которой принят положительное решение.