Дискретный статистический анализатор Советский патент 1979 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для исследования случайных электр ческих сигналов в реальном масштабе времени, например в технической и медицинской диагностике, акустике, гидролокации. Известен анализатор, состоящий из коррелятора и Фурье-преобразователя. Корреляционная функция сигнала, прошедшего входной преобразователь, вы.числяется в первом арифметическом устройстве и накапливается в запоминающем устройстве. Спектр вычисляется как Фурьепреобразование коррекционной функции поступающей на регистр умножения и на другое арифметическое устройство, на вторые входы которого подается ряд sin /СО9 - сигн.алов. от генератора функции. Полученные произведения поступают в другое запоминающее устройство, в котором формируются ординаты .энергетического спектра 1. Однако этот анализатор обладает значительной сложностью измерения, так -как он содержит сложный программный блок, а при исследовании электрических сигналов этим анализатором необходимо формировать ряд (100-500) тригонометрических функций в спектральном генераторе или функциональном преобразователе. Известен также анализатор, в котором блок хранения и преобразования информации выполнен в виде блоков сложения и умножения на регистрах сдвига. Первые входы первого и второго регистров сдвига через ключ подсоединены к первому входу блока управления, вторые входы регистров сдвига соединены со вторым выходом блока управления, причем второй вход второго регистра сдвига блока умножения соединен с блоком задания констант, а входы третьего регистра блока умножения соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления 2. Однако сложная процедура обработки сигнала в анализаторе и использование блока задания констант и умножителя на регистре сдвига ограничивают верхнюю частоту анализа и соответственно диапазон частот анализа. Цель изобретения - расширение диапазона частот анализа. Это достигается тем, что в дискретный статистический анализатор, со36держащий генератор гармонической функции, последовательно соединенные входной блок и блок управления, последовательно соединенные регистр сдвига, импульсный модулятор, коммутатор и накопитель, дополнительно введены формирователь импульсной последовательноети, включенный между блоком управления и регистром сдвига амплитудно-импульсный преобразователь, входы которого пЬдключены к вы ходам входного блока и блока управле ния,а выход - к второму входу регистра сдвига,при этом регистр сдвиг выполнен в виде последовательно соединенных чередующихся п секций и п ключей, один выход каждого из ключей связан с входом соответствующей секции и с входами импульсного модулятора, а другой - с входом Последующе секции; импульсный модулятор выполне в виде п элементов совпадения и п ключей, при этом каждый элемент совпадения соединен последовательно с соответствующим ключом, а выходы п ключей подсоединены к соответствующим входам коммутатора, и дополни- . тельного ключа, вход которого соединен с выходом п-го ключа регистра сдвига, вторые входы всех ключей импульсного модулятора связаны с вы,ходом генератора гармонической функции и вторым выходом входного блока, а вторые входы элементов совпадения с вторыми выходами формирователя импульсной последовательности; а коммутатор выполнен в виде п цепочек ключей и двух дополнительных ключей, при этом каждая из п цепочек ключей состоит из двух последовательно соединенных ключей и одного параллельного, а вход второго дополнительного ключа связан со входами вторых из двух последовательно соединенных клю чей цепочек ключей. На фиг. 1 представлена функционал ная схема предлагаемого дискретного статистического анализатора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу этого анализатора. Данный дискретный статистический анализатор содержит генератор 1 гармонической функции, последовательно соединенные входной блок 2 и блок управления 3, последовательно соеди,ненные регистр сдвига 4, импульсный модулятор 5, коммутатор 6 и накопитель 7, а также формирователь 8 импульсной последовательности, включенный между блоком.3 и регистром сдвига 4, амплитудно-импульсный преобразователь 9, входы которого подключены к выходам блока 2 и блока .управления 3, а выход - ко второму входу регистра сдвига 4. Регистр сдвига 4 состоит из после довательно соединенных чередующихся секций lO-1-lO-n и ключей J1-1-11-п. Один выход каждого из ключей 11-111-п связан со входом соответствующей секции 10-1-10-п и с входами модулятора 5, а другой - со входом последующей секции. Импульсный модулятор 5 состоит из элементов совпадения 12-1-12-п и ключей 13-1-13-п, при этом каждый элемент совпадения соединен последовательно с соответствующим ключом 13-1-13-п, а выходы ключей 13-1-13-п подсоединены к соответствующим входам коммутатора 6. Кроме того, модулятор 5 содержит дополнительный ключ 14, вход которого соединен с выходом ключа 11-п регистра сдвига 4. Вторые входы всех ключей 13-1-13-п и ключа 14 импульсного модулятора 5 связаны с выходом генератора 1 и вторым выходом входного лока 2, а вторые входы элементов совпадения 12-1-12-п подключены ко вторым выходам формирователя 8. Коммутатор 6 состоит из цепочек ключей 15-1-15-п и двух дополнительных ключей 16,17. Каждая цепочка ключей 15-1-15-п состоит из двух последовательно соединенных ключей 18-1- 18-п и 19-1-19-п и одного параллельного ключа 20-1-20-п.Входдополнительного ключа 17 связан со входами ключей 19-1-19-п. Данный дискретный статистический анализатор работает следующим образом. Перед началом работы все блоки анализатора устанавливаются в исходное состояние. Ключи 11-1-11-п устанавливаются в одно положение, а ключи 18-1-18-п, 19-1-19-п и 20-1-20-п закрыты. На второй управляющий вход элементов совпадения 12-1-12-п подаётся от блока управления 3 постоянный потенциал, при этом открываются ключи коммутатора 6, затем выполнение последовательности преобразований сигнала (при измерении корреляци.онной функции к (Т) ) производится статистическим анализатором в соответствии с алгоритмом Стильтьеса: исследуемые электрические сигналы x(i) и y(t) подаются на вход входного блока 2, с первого выхода которого сигнал преобразуется в дискретную форму, а со второго выхода в непрерывной форме поступает на информационный вход импульсного модулятора 5. В амплитудно-импульсном преобразователе 9 в дискретные моменты времени т-At амплитуда сигнала преобразуется в эквивалентное количество импульсов гппг которые поступаю;г в регистр сдвига 4, и с выхода каждой секции 10-1-10-п после ключей 11-1-11-п подаются на первые управляющие входы модулятора 5. Каждый короткий импульс из серии импульсов на короткое время открывает соответствующий ключ 13-113-п, осуществляя выборку из непрерывного сигнала, поступающего на информационный вход импульсного модулятора 5 . Дельта-моду.71яция осуществляется одновременно во всех каналах анализа тора, после чего эти выборки через открытые ключи 20-1-20-п коммутатора 6 поступают в накапливающие ячейки накопителя 7, формируя в нем ординаты ft(q u.tr) корреляционной функции в реальном масштабе времени. Далее осуществляется измерение оценок спектра: энергетического s(f) или амплитудного А() спектров сигнала. В первом случае на вход анализ с его выхода подается функция 6(q-AC)f предварительно сформиро ванная в ячейках накопителя 7. В дру гом случае осуществляется Фурье-преобразование непосредственного сигнал x(t) или y(t). Так как процедура измерения спектра одинаковая, то рассмотрим для наглядности случай x(t)(f) . Исследуемый непрерывный сигнал x(t) подается на входной блок 2, в котором осуществляется его предварительная обработка (ограничение по частоте, дискретизация,...) и передача на вход преобразователя 9, в ко тором формируются пачки импульсов Зс, где q - номер пачки импульсов, п - количество импульсов в q-ой пачке (фиг, 2,6) . Первая выборка сигнала x(OAt) с выхода преобразователя 9 поступает в виде пачки импульсов которые полаются на вход регистра сдвига 4. Включается генератор 1, постоянный времяразрешающий потенциал подается от блока управления 3 на второй управ ляющий вход элемента совпадения 12-1 импульсного модулятора 5, а также дл открывания ключа 18-1 и всех ключей 19-1-19-п коммутатора 6. По достижении непрерывной функцией cos 2Kfof своего максимального значения она начинает подвергаться дельтамодуляции короткими Импульсами JQ , поступающими на вход секции 10-1 регистра сдвига 4 и одновременно через первый управляющий вход элемента совпадения 12-1 на управляющий вход ключа 13tl импульсного модулятора 5. Результат модуляции через ключ 18-1 пос тупает на общую шину коммутатора 6 и через все открытые ключи 19-1-19-п одновременно во ксе ячейки накопителя 7. По окончании продвижения импульсов Лоп выборки x(O-ut) в секцию 10-1 регистра сдвига 4 разрешающий потенциал на втором управляющем входе элемента совпадения 12-1 отключается, закрываются все ключи коммутатора 6. Последующие выборки x(lAt), X(2At) , ..., X(n- At) , представленные пачками импульсов Зс , продвигаются в регистре сдвига 4 с частотой F., 65 8g задаваемой формирователем 8 импульсной последовательности. После заполнения выборками сигнала всех секций lO-1-lO-n регистра сдвига 4 по команде от блока управления 3 все ключи 11-1-И-п переключаются в другое положение. Первый и последующий циклы измерения спектра (,n) производятся с использованием различных частот импульсов (частота обратно пропорциональна номеру цикла - q), поступающих от формирователя 8. 1 начинается с вклюКаждый цикл чения соответствующей частоты импульсов FC V - 2, г), подаваемых с выхода формирователя 8 на второй управляющий вход соответствующего (п 1) г q) канала импульсного модулятора 5 и открывания ключа 18-1-18-п этого же канала коммутатора б. По достижении непрерывной функции cos 2SI f-ot своего максимального значения начинается циркуляция пачки импульсов в кольце: выход секции 10-1-10-п, ключ 11-1-11-п и вход сек- 10-1-10-п соответственно, благодаря чему осуществляется дельта-модуляция непрерывной функции в течение каждой из (п -V 1) циркуляции. Результат модуляции после одной циркуляции поступает через соответствующий открытый ключ 18-1-18-п коммутатора 6 на общую шину и через открытый ключ 19-1-19-п - в ячейку накопителя 7 (фиг.2,е), а затем соответствующий ключ 19-1-19-п закрывается, а после второй циркуляции - через открытый другой ключ 19-1-19-п во вторую ячейку накопителя 7 и т.д. до п-ой ячейки. После последнего цикла q п измерений спектра, осуществляемого при помощи секции 10-1, ключа 11-1 и первого канала анализатора, управляемого „ РЗ импульсами частоты F в накопителе 7 формируется сумма дельтамодулированных выборок, представленная выражением п N( д-t 1 А{)К Ц 51 и ( |21 1 - заданная частота гармонической функции. К г- - масштабный коэффициент шкалы частот. Данный анализатор расширяет диапазон частот ана,пиза в несколько раз благодаря дискретной форме представления результатов промежуточных преобразований, получаемых с выхода импульсного модулятора 5 и распределяемых коммутатором б в накопитель 7, использованию генератора 1 только одной гармонической функции f и дискретной последовательности импульсов требуел«лх частот.

Формула изобретения

1.Дискретный статистический анализатор, содержащий генератор гармонической функции, последовательно соединенные входной блок и блок управления,, последовательно соединенные регистр сдвизга, импульсный модулятор, коммутатор и накопитель, отличающийся тем, что, с целью расишрения диапазона частот аналиэй, в него дополнительно введены формирователь импульсной последовательности, включенный между блоком управления и регистром сдвига, амплитудно-импульсный преобразователь, входы которого подключены к выходам входного блока

и блока управления, а выход к второму входу регистра сдвига.

2.Анализатор по п.1, отличающийся тем, что регистр сдвига выполнен в виде последовательно соединенных чередующихся п секций и п ключей, один выход которого из ключей связан со входом соответствующей секции и с входами импульсного модулятора, а другой - со входом посл.вдун)щей секции.

3.Анализатор поп.1, отлич ,а ю щ- и и с я тем, что импульсный

модулятор выполнен в виде п элементов совпадения и п ключей, при этом каждый элемент совпадения соединен последовательно с соответствующим ключом, а выходы п ключей подсоединены к соответствующим входам коммутатора, и дополнительного ключа, вход которого соединен с выходом п-го ключа регистра сдвига, вторые входы всех ключей импульсного модулятора связаны с выходом генератора гармонической функции

и вторым выходом входного блока, а вторые входы элементов совпадения - с вторыми выходами формирователя импульсной последовательности.

4. Анализатор по п. 1, о т л и чающийся тем, что коммутатор выполнен в виде п цепочек ключей и двух дополнительных ключей, при этом каждая из п цепочек ключей состоит из двух последовательно соединенных ключей и одного параллельного а вход второго дополнительного ключа связан со входами вторых из двух последовательно соединенных ключей цепочек ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Проспект японской фирмы ТБАС, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 382091, кл. G 06 F 15/34, 1973.

:

i-i F.

8

Ш

Г

L.

il

Й

Й

a ШП

I pJaTi

FZ/Q

/./

.ИЦ А/Л-,r-K ./ rz Й .L.U3rJ 5t LWirj

I (fj

ipui.1

I

)

;I

Ы U IT

Тт--.:1:ь

(fft

VAC

Н-2

л-f

/ Л „А , Ч J li-LV/ffa 1 iVi

At

J-/ в

ИМ нт ю ш -7,

LT

. itf

Тг

. I

JffllL

-r

Vft.i;...

фиг. 2