Устройство для контроля параметров случайного сигнала Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительной техника и может использоваться при проектировании устройств для статистической обработки экспериментальной . .Известно устройство для определения свойств случайного сигнала путем обнаружения наиболее вероятного момента времени изменения корреляционных свойс случайного сигнала на выходе систем типа колебательного контура и описываемого корреляционной функцией 1c(t.-cV.-De: - OSCUJ -t-tj c.AVI l-t-т: Устройство содержит аналого-цифровой прео разователь, регистр сдвига, выход предпос- ле-дней ячейки регистра сдвига соединен с вх дом первой ячейки и через кващзатср, первый сумматор и первый блок умножения .соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого через-второй блок умножения, третий сумматор, второй квадратор и четвертый сумматор соединен с выходом 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 трах последних ячеек регистра сдвига, четвертый вход второго сумматора соединен с выходом блока вычисления логарифма произведений определителей, вход которого соединен с выходом блока управления, другие вььходы которого соединены с регистрами сдвига и памяти и входами .первого, третьего н пятого сумматоров, а выход второго сумматора соединен с входом регистра памяти, выходы которого соединены с соответствующими входами блока вычисления максимума 1 . В устройстве выделение максимальной величины на выходе общего сумматора реализовано весьма сложно. Для этого используется регистр памяти и блок выделения максимума. Величины с вьгхода общего сумматора последовательно поступают в регистр памяти и порле 73 его наполнения по команде из блока управления параллельно подаются в блок вьздапения максимума, определяющий номер ячейки регистра, памяти, выходной сигнал которой был максимальнь1М. Для обеспечения необходимой точности определения изменения свойств случайного сигнала анализируемый отрезок сигнала практически должен быть достаточно длйИным. Длина же регистра памяти только на две ячейки меньше длины анализирующего отрезка сигнала. Поэтому техническое решение определения максимальной величины на выходе общего суммаffopa путем накопления этих величин в весьма длинном регистре памяти с последующей передачей в блок вьщеления является дорогостоящим. Известно также устройство, содержаихее аналого-цифровой преобразователь, вход кот рого является входом устройства, а выход по ключен ко входу регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управл5пощими входами трех накапливающих сумматоров, третий выход блока управления подключен к управляющим входам трех блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен со входом блока вычисления логарифма произведения определителей, ()-й ячейки регистра сдвига соединен с первым входом первого сумма тора, выход /VI-и ячейки регистра сдви га соединены со вторым входом первого сумматора, с первым входом второго сум матора, со входом первого квадратора и со входом регистра сдвига, выход ( И -I)-, ячейки регистра сдвига подключен к тратьему нходу первого сумматора и ко второму входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматоров подключены соответственно ко входам второго и третьего квадратора, выходы квад раторов соединены с информационными вх дами соответственно первого, второго и третьего накапливающих сумматоров, выходы которьтх через соответствующие масштабньБ бйоки подключены к соответствуюяШм входам третьего сумматора, четвертый, вход которого соединен с выходом блока вычисления логарифма произведения определителей.вход блока вычисления Логарифма произведения, опреДвлитепей подключен к четвертому вы|ходу -блока управления 2 , Недостаток устройства - недостаточное быстродействие надежного определения момента изменения свойств процесса Цель изобретения - повышение быстодействия. Цель достигается тем, что в устройтве выход третьего сумматора соединен первым входом блока сравнения, втоой В.ХОД бдока сравнения соединен с выодом первого блока памяти, выход блока равнения подключен ко второму входу ервого блока памяти и к первому входу люча, второй вход которого соединён с выхоом второго блока памяти, второй вход котоого подключен к четвертому выходу блоа управления, а выход ключа соединен о вторым в.Ходами третьего блока памяи. На чертеже приведена блок-схема опиьшаемого устройства. Преобразователь 1 аналог-код предназначен для преобразования непрерывного в.ходного сигнала xCt) в дискретный сигнал (-1 1,2,,.) как по вре-. мени, так и по амплитуде. Регистр 2 сдвига служит для приема, хранения и циклического сдвига отрезка случайного сигнала, для которого .ищется момент времени изменения его корреляционных . характеристик. Он состоит из п+1 запоминающих ячеекр с 2,..., таким образом, в нем помещается И +1 дискретных значений сигнала х.{ ( i 1,2,,,), В регистр сигнал поступает 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 Оуц. и с него снимается сигнал , ; второй - выходом предпоследней ячейки а и с него унимается сигнал третий выход - выход ячейки Q. , с него снимается сигнал . , Выходные сигналы рядом стоящих ячеек отличаются во времени на шаг квантования h , Для работы регистра в циклическом режиме выход ячейки с сое- . динен с входом ячейки С| , Вычитающий сумматор 3 имеет два входа: один его вход подключен к выходу ячейки QVI регистра 2,. а второй - к.выходу ячейкй qj , На выходе сумматора получается разница входных сигналов j-X., Сумматор 4 предназначен для суммиро- . вания трах входньгх величин с различными весовыми коэффициентами. Его входы подключены к вькодам ячеекй- Qj , Qy регистра 2, Входные сигналы X I которые снимаются с ячеек vi-i соответственно. суммис весом единица, входной сигнал , снимаемый с выхода ячейки df с весом два. Таким образом, на выходе сумматора получается величина H-i -ij - Квадратс ы 5-7 служат для возведения в квадрат входных величин. Следовательно, на выходе квадратора 5 получается величина х| , на выход квадратора 6 - величина ( - ) а на выходе квадратора 7 - величина ( 8 управляет рабо той всего устройства, Накаппивйющие сумматора 9-11 суммируют поспедовагтельно во времени поступающие дискретные значения. Таким образом, на выходе сумматора 9 появляется сумма 5 S ч, на выходе сумматора 10 - сумма s 2 выходе,сумматора 11сумма 5, (,)-Масштабные блоки 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, Константы А, В, С вычисляются заранее по следующим формулам: - Рй piL 4dL D 2 . Шд-оСд. едр Т5,р,|1 -1 где cL.jiOjjT)- параметры корреляционной функции до момента изменения свойств случайного сигнала ; оС2, ® параметры после момента изменения свойств случайного сигнала, Блок 15 вьиисления логарифма произведения, определителей предназначен для вычисления функции wH 4viri s- 4 / где .j) - определитель матрицы K:t.,Cj)V , элементы когорой представ ляют собой значения корреляционной функ ции k(t,C)ao момента изменения свойств случайного сигнала при определитель ма -b--t,iH..,c.... ( рицы ) , элементы которой .представляют собой значения корреляционной функции k(,t,X) после момента изменения свойств случайного сигнала при -t:: t ....п).Об.щий сумматор 16 предназначен для суммирования-выходныЗс сигналов блоков 12-15. Б)ток сравнения 17 предназначен для сравнения выходной величины fb Сс.) общего.сумматора 16 с предыдущей величиной fS (C.-D , которая хранится в блоке памяти 18, Если выходная величина общего сумматора () (.«р больше или равна величине |Ъ(.с1,-л) , т.е. если piCcj,.) ,i), то на выходе блока сравнения будет величина р), Если те Р ( CJ, ) меньще ЬЦ-- , т.е. ) го на вьгходе блока 17 будет нуль, В блоке памяти 18 запоминается последняямаксимальная в еличина fb (.t) т,е, ненулевой выходной сигнал блока 17, В блоке 19 памяти запоминается величина сдвига регистра 2, т,е. величина q, . Ключ 20 предназначен для передача содержания блока 19 памя1-и в блок. 21 памяти, если на второй аход вентиля стролирующий сигнал из блока 17,, Таким образом, содержание блока 21 памяти фиксирует то значенИ :у(%гС.,()1...,(.ц-1),при котором величина Сс) на выходе общего сумматора 16 была максимальной из величин П)1.ЯЛ...р Сс1г ° Р V указывает, что наиболее вероятное изменение свойств случайного сигнала произошло при значении этого сигнала, хранящегося в ячейке СИс регистра 2, Устройство работает следующим образом. Входной сигнал X (-Ь);, ДЛЯ которого устройство должно указать момеггг вр&мени,согда меняются его корреляционные свойства, подается на нход преобразователя аналог код. Дискретный сипнал (i 1,2,,,) с выхода преобразователя поступает на аход регистра сдвига 2, Дальнейшую работу устройства рассмотрим с того момента времени, когда регистр 2 заполнен значениями случайного сигнала 1, 2), Пусть в-регистре находятся следующие значения сигнала К C-tl: Х.},42. и 4 н распеложены в регистре таким образом:Х находится в ячейке q, в ячейке С( . ячейкер н т, д.,наконец%у(4 - в ячейке а1д , По команде из блока 8 управления содержимое регистра 2 сдвигается на одну ячJeйкy вправо. Величина сдвига от изодного ссх:тояния обозначена буквой CJ, , в данном Ц,--) , При этомпроиаходит считьшание ячеек PVI-t н Olvt4--1 Таким образом, во время двига сигнал величиной . Доступает на входы блоков 3-5, а также за нимает ячейки а и o|j. регистра 2, Сиг нал величиной Х -Х поступает на входы блока 3,4 и занимает ячейку q , т.е. прежнее место I-X. Сигнал поступает на вход блока 4. На один вход общего сумматс а 16приходит величин АХ 2 (она формируется в блоках 5, 9, 12), на второй вход - величина (она формируется в блоках 3, 6, 10, 13 .на третий вход-величина С 2 У ) (она формируется в блоках 4,7, 11 и 14 ,На входы блоков 15 и 19 из блока.упра ления подается величина сдвига ( , ко торая занимается в блоке памяти 19. Блок 15 вычисляет значение - (ф при (-i , которое поступает на четвертый вход общего сумматора 16, Следовательно, на выходе общего сумматора 16 по.лучим значение выражения p(q,) при :(-К , т.е. fbCi) . Величина f)() пост пает в блок 17 и сравнивается с исходной величиной блока памяти 18, которая равняется нулю. В зависимости от значения fbCl) возможны два случая. Если р)(1)0, то величина |(1) проходит на выход блока 17 и запоминается в блоке 18. .Одновременно р Н) поступает на стробирующий вход вентиля 20 и содержание блока 19 (единица) через ключ 20 передается в блок памяти 21. Если .р)(1)0, то на выходе блока сравнения 17 будет нуль и блоки 18, 2О, 21 останутся в прежнем состоянии. После всех упомянутых вьгаислений из блока управления 8 в регистр 2 подается второй импульс сдвига и содержани регист ра сдвигается еще на одну ячейку . От исходного состояния оно будет сдвинуто на С t 2. На вход квадратора 5 поступает величина X-j , на входы блока 3 величины 3 4 ® входы сумматора 4 - величины 21 X-j 4 Вычисления повторяются, Необ.ходимо отметить что на входы блоков умножения 12-14 теперь при-ходят суммы 9, S-scoответственно, так как сумматоры 9, 10 накапливающие. На аходы блоков 15 и 19 поступает величина . Она запоминается в блоке 19. На выходе блока 15 будет У(2). На выходе общего сумматора 16 получим значение р(2). Величина р)С.2)в блоке 17 сравнивается с величиной, .хранящейся в памяти 18, Если р)(2) (1), то р(2) проходит на выход блока 17 и запоминается в блоке памяти 18, В этом случае р(2) также стробирует ключ 2О и значение блока памяти 19 передается в блок.памяти 21. Если |Ь (2) . то на выходе блока сравнения будет нуль и содержания блоков-памяти 18 и 21 не меняются Таким образок если Ibti) (ЬС1 значение jb (а) фиксируется в памяти 18, а аргумент Ц, 2, при котором fb(2) бьш максимальным, т.е. , запоми-г нается в блоке памяти 21, В общем случае после сдвига регистра 2 на ячейки в блоке памяти 19 фиксируется значение Ц, , а на вход блока сравнения 17 поступает величина р (.) Если р) Сс) меньще величины, хранящейся в блоке 18, то содержания блоков памяти 18 и 21 остаются прежними. Если же jb Са) будет . больше величины, которая хранится в блоке 18, то р) Сер проходит на выход 17 и запоминается в блоке 18. Одновременно Р (( стробирует ключ 20 и значение ( из блока 19 передается в память 21. После сдвига регистра 2 на величину С rl-l в блоке памяти 18 будет значение которое было максимальным из всех еначений (Ь ( Ц.) (Я .... П-1). Аргумент же п, при котором (о) бьш максимальным, зафиксирован в памяти 21, Момент времени, соответствующий максимальному значению (ЪСс) и является наиболее вероятным значением момента времени изменения корреляционных свойств случайного сигнала на временном отрезке t tl, 2ll ., , .(tt +l)1l . После вычисления значений (( С, ) для отрезка сигнала х, х„, х . ,.., х +1 по команде из блока управления гасятся сумматоры 9, Ю, 11 блок.и памяти 18, 19 И 21, а регистр 2 устанавливается в исходное положение для следующего цикла вычисления: в ячейке помещается величина 51.2. в ячейке р -величина и т.д., наконец в ячейке fl-( помещается новая ордината X 2случайного. сигнала Х(Ъ). Для этого гасится ячейка С| регистра сдвига а его содержимое сдвигается вправо на две ячейки. Из преобразователя 1 в освободивщуюся ячейку с регистра сдвига поступает новое значени. .сигнала К. Дальше повторяются все вычисления для нового отрезка сигнала Уч(Ъ) ; Ч, X-j... XYI } После .этих вычислений и определения максимума для вьщ1еуказанного отрезка сигнала, содержимое регистра 2 изменяется на Xj Х. Затем вычисления повторвпотся. Таким образом, из преобразователя эналог-код в регистр 2 все время поступают новые значения сигнала X it) , а устройство проверяет, есть ли изменение характеристик. Устройство должно работать с такой скоростью, .обы все вычи ления для хранящегося отрезка сигнала Л СЪ) в регистре 2 завершались до поступления нового значения ( из преобразователя. В этом случае устройство работает в натуральном масштабе времени. Формула изобретения Устройство для контроля параметров случайного сигнала, содержащее ключ, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, а выход подключен ко аходу .регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, вто рой выход которого соединен с управляющими входами трех накапливающих cytv маторов, третий выход блока управления подключен к управляющим входам трех блоков памяти, четвёртый выход блока управления соединен сю входом блока вычисления логарифма произведения определителей, выход ( П+1)-й ячейки регистра - сдвига соединен с пер вым входом первого сумматора, выкод П -и ячейки регистра сдвига соединен со вторым входом первого сумматора, с первым входом второго сумматора, со входом первого квадратора и со входом регистра сдвига, выход ( 11 -1)-й ячейки регистра сдвига подключен к третьему входу первого сумматора и ко второму входу второго сумматора, выходы первого и второго сумматора подключены соответственно ко входам второго и тр&тьего квадраторов, выходы квадраторов соединены с информадионными входами соответственно первого, второго и третьего накапливающих сумматоров, выходы которых через соответствующие масштабные блоки подключены к соответствующим входам третьего сумматора, чет вертый вход которого соединен с выходом блока вычисления логарифма произведения определителей, вход блока вычисл&ния логарифма произведения опред8лит лей подключен к четвертому выходу блока управления, о т л и ч а ю щ е с с тем, что, с налью повьииения быстродействия устройства, выход третьего сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения соединен с выходом первого блока памяти выход блока сравнения подключен ко второму входу первого блока памяти и к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом второго блока памяти, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход ключа соединен со вторым входом третьего блока памяти. Источники информации, пришггые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР N9 385617, С 06 G 7/38, 1970, 2.Телькснис А.,,Черняускас В. Определение изменений свойств случайных сигналов. Сб. Статистические проблемы управления. Вып. 1, секция У, Вильнюс, 1971, с. 19-20.

-

-««

732889