Адаптивный анализатор Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

(54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР

ЙзЪбретение относится к средствам электроизмерительной техники и предназначено для многоцелевой адаптивной обработки квазистационарных реализаций х-(t) рлучайных процессов с априорно неизвестными характеристи ками (медиана, размах, скорость изме нения автокорреляционной функции). Оно может, например, использоваться в измерительно-вычислительных систем (ИВС) в качестве блока адаптивной первичной оперативной обработки по измеряемым характеристикам квазистационарных реализаций случайных про.цессов. Известны устройства для анализа случайных процессов, в котором реали зован .определения момента о-ходимости итеративно-вероятностного алгоритма измерения среднего по повт римости смены знаков в конце участка измерения 1. Наиболее близким техническим решением к предлаЬаемому является устройство, состоящее из двух амплитудных детекторов, логического устройства, генератора образцового случайно го сигнала, первого преобразователя. код-напряжение и реверсивного счетчика. Вход первого амплитудного детектора соединение измеряемым сигналсян, другие входы гилплитудных детекторов параллельно соединены с выходом генератора образцового случайного сигнала. Выходы амплитудных де-. текторов через логическое устройство соединены с входом реверсивного счетчика, выход которого соединен через первый преобразователь, код-нгигряжение с входсж второго г1мплитуднрго детектора 2. Недостатки этого устройства заключаются в отсутствии возможностей адаптивного выбора интервалов между соседними итеративными циклами, шага коррекции т, диапазона по амплитуде и его смещения у генератора образцового случайного сигнала, частотного диапазона и верхней-частоты генератора образцового случайного сигнала.Это увеличивает погрешность .измеренияоценок медианы при исследований квазиста фюнарных (нестационарных случайных процессов по медиане и по размаху ка участках измерения) и сужает возможности известного устройства; Цель изобретения - повышение точности оперативной обработки квазистг ционарных реализаций с априорно неи вестрыми параметрами,

Указанная цель достигается тем, что в адаптивный анализатор, содержащий первый и второй амплитудные (Детекторы, генератор образцового сигнала, логическое устройствоi состоящее из элемента Исключительное ИЛ и дешифратора знаков и весов, первый ВХОД которого соединен с выходом элемента Исключительное ИЛИ,первый и йторой входы которого соединены соот/ветственно с выходами первого и второго амплитудных детекторов,первые входы которых объединены и- подклчены к выходу генератора образцового сигнала, второй вход второго амлитудного детектора соединен, с выходом первого преобразователя код-напряжение, второй вход первого,амплитудног детектора является входом анализатора, второй вход и выход детектора знаков и весов соединены соответственно с первым входом генератора обтразцоврго сигнала и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом блока памяти, второй выход которого является первым выходом анализатора, второй преобразователь код-напряжени блок сглаживания, управл.яемый источник опорных напряжений, делитель час тоты и блок определения существенных ординат, вход которого соединен с вторым входом первого амплитудного детектора и ябляе тся вторам выходом айализатора, первый и второй выходы блока определения существенных ординат соединены соответственно с третьим исходом дёшифратора наков и ,весов (и являетсй третьим ввйсодом анализатора) и с первым входом втораго преобразователя код-напряжение, выход которого соединен с третьим входом первого амплитудного детектора, а второй вход подключен к первому выходу упра1вляемого источника опоных напряжений, второй и третий выходы которого Подшпочены соответственно к второму входу генератора образцового сигнала и первс У входу первого преобразователя код-напряжение, второй вход которого подключей к первому выходу блока сглаживания, второй выход и Первый вход icdtoрого подключен соответственно к третье4иу выходу и входу блока памяти четвертуй и пятый выхода которого coeflHHfHH соответственно с выходами управляемого источника опорных / напряжений и делителя частоты, выход которого соединен с входом генератора образцового сигнала, при этом выход реверсивного счетчика подключек к второму входу блока сглаживания. ,

Кроме того, блок определения существенных ординат содержит дискрйiiteMaTop уровней, дискриминатор экстре

мумов,первый и второй регистры и преобразователь временной интервалкод, первый выход которого является первым выходом блока, а второй выход соединен соответственно с первыми входами регистров, выходы которых объединены и являются вторым выходом блока, а вторые входы регистров соединены соответственно с выходом дискриминатора экстремумов и первьвл выходом ; 1искриминатора уровней и. соответственно с первым и вторым выходами преобразователя временной интервал-код, при этом второй выход дискриминатора уровней соединен с входом дискриминатора экстремумов, а вход является входом блока.

На чертеже приведена блок-схема адаптивного анализатора.

Анализатор состоит из блока 1 памяти (параметров), блока 2 определения существенных ординат, первого 3 и второго 4 амплитудных детекторов, логического уст юйства 5, реверсивного счетчика 6, блока 7 сглаживания первого 8 преобразователя код-напрязкение, генератора 9 образцового случайного сигнала, второго 10 преобраэователя код-напряжелиё, управляемого источника 11 опорных напряжений и делителя 12 частоты. Блок определения существенных ординат состоит из дискриминатора 13 экстремумов, дискриминатора 14 уровней, первого 15 и второго 16 регистров, преобразователя 17 временной иитервал-коД. Логическое устройство состоит из . дешифратора 18 знаков и весов, элемента Исключительное ИЛИ 19. Первые выходы первого 3 я Btpporo 4 амплитуных детекторов параллельно соединены с выходом генератора 9 образцового случайного сигнала. Второй вход второго 4 амплитудного детектора соединен с выходом первого 8 преобразоватля код-напряжение, Третий вход первого 3 амплитудного детектора соединен с исследуемым сигналом. Выходы первого 3 и второго 4 амплитудных детекторов соединены через первый и второй входы логического устройства 5 С входами схемы Исключительное ИЛИ 19, выход которой соединен с дешифратороц 18 знаков и весов, другие вход которого соединены с третьими и четвертньоми входами, логического устройства 5, через выход которого дааифратор 18 знаков и весов соединен с первым входом реверсивного счетчика 6. Выход дискриминатора 14 уровней через вход блока 2.определения существенных ординат соединен с исслдуемым сигналом. Один выход дискриминатора 14 уровней соединен с входрм дискриминатора 13 экстремумов, Друго выход дискриминатора 14 уровней параллельно соединен с первии 15 регистром и преобразователем 17 временной интервал-код. Выход дискрими5 .натора 13 экстремумов соединен с вторым 16 регистром и прёобразовате лем 17 временной интервал-код, выход которого параллельно соединен с выходом первого 15 и второго 16 регис ров, параллельно соединенных по выходу с выходом блбка 2 определения существенных ординат, второй выход которого соединен с выходомпреобразователя 17 временной интервал-код. Первый выход блока 2 определения существенных ординат соединен с первым входом второго 10 преобразователя код-напряжение. Второй выход блока 2 определения существенных ординат соединен с третьим входом логического устройства 5. Выход реверсивного счетчика 6 соединен с первым входом блока 7 сглаживания. Второй вход реверсивного счетчика б соединен с первым выходом блока 1 памяти параметров, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно со вторым входом блок 7 сглаживания, с выходом управляемог исгточника 11 опбрных напряжений, с входом управляемого делителя 12 . частоты. Первый и второй выходы блока 7 сглаживания соединены соответственно с первым входом первого 8 преобразователя код-напряжение, входом блока 1 памяти параметров. Первый, второй, третий выходы управляемого источника 11 опорных напряжений соединены соответственно с первым входо генератора образцового случайного сигнала, со вторым входом первого 8 преобразователя код-напряжение, со вторым входом BTojJoro 10 преобразова теля код-напряжение. Выход управляемого делителя 12 часто-га соединен со вторым входом генератора 9 образцо-вого случайного сигнала и с четвер тым входом логического устройства 5 Дискриминатор 14 уровней может иметь-грубый шаг дискриминации по уровню дх 0, , 6 - .среднеквад ратическое значение сигнала х (t)e X (t), т.е. число уровней порядка 8-16 уровней на размах 2В . Дискриминатор 13 зкстремумов задачу выявления мсялентов смены зн ков приращений, т.е. попаданий в свои зоны уровней. Анализатор работает следукадйм образом. Исследуемый квазистационарный сл чайный сигнал X (t), содержащий аддитивную сумму центрированного 1йума X (t) и медленной детерминированной составляющей m(t), подключается к третьему входу амплитудного детектора и через вход блока 2 определения существенных ординат к выходу дискриминатора 14 уровней. В блоке 1 памяти параметров задаются началь полуразма ные оценки медианы х

737956 Хрро , средних интервалов utco / tjo существенных .экстремальных х (tjj и i х (t) из существеннвлх ординат X (t) .Учитывая, что предагагаемый анализатор работает циклически с привязкой началов циклов Кмоментам появления экстремальных ординат |хэ (t)f , то рассмотрим, например, (к 4- 1)-ый цикл. в блоке 2 определенен сутцвственных ординат сигнал х (t) поступает на дискриминатор 14 уровней, который , г,- tc определяет моввенты t - s )+( - н появления существенных ординат. Xj, (t) на третьем входе первого 3 амплитудного детектора. Дискриминатор 13 зкстремумов по сигналам с дискриминатора.14 уровней определяет моменты t- д tc, V появления экстре кMV мальных {xjCt)} ординат из существенных ординат |Хр (t)} .. В начале (к 4-1)-го цикла, напри ме{, в двскримиваторе 13 экстремумов фиксируется момент t -т it,. . ц R,i появления экстремальной ординаты х. По сигналу с дискриминатора 13 Экстремумов преобразователь. 17 временной интервал-код преобразует интервалы между моментами появления сигналов с выходов дискриминатора 14 уровней и дискриминатора 13 экстремумов в кода интервалов д. дЬ существенной и экстремальной ординат х. и Хд. Коды интервалов Atc с преобразователя 17 временной интервал-код считываются во второй 16 и первый 15 регист1хл по сигналам с дискриминатора 14 уровней и дискримийатора 13 экстремумов. Так как интервал ° преобразование происходит в реальном масштабе времени. Одновременно с получением кодов по сигналу с выхода преобразователя 17 временной интервалкод (в момент, его запуска по сигналу с дискриминатора 13 экстремумов) через второй выход блоха 2 определе- . ния существенных ординат подаете сигнал, коТоЕжлй череэ третий вход логического устройства 5 запускает дешифратор 18 знаков и весов. . С этого момента происходит последовательное определение текущих оценок медианы ../ полуразмаха VЛтЛfs. средних интервалов /t л - - , дТ существенных и экстремальных ординат по однородным алгоритмам следующим образом. Экстремальная ордината, череэ третий вход

поступает в первый 3 амплитудный детектор, на который через первый вход подается случайное напряжение с выхода генерад-ора 9 образцового случайного сигнала. ,Предьщущая оценка полуразмаха Хр, с пер вого выхода блока 1 памяти параметров поступает через второй вход в .блок 7 сглаживания. С первого выхода блока 7 сглаживания эта оценка поступает через первый вход в. первьий 8 преобразователь код-напряжевне, на выходе которого формируется напряжение .Up (пропорциональное Хре ), которое поступает через .второй вход на второй 4 амплитудный детектор, на которой через первый вход подается случайное напряжение (,4.Сигналы сравнения с выходов первого 3 и второгр 4 амплитудных детекторов поступают через первый и второй входы логического устройства 5 на входы элемента Исключительное ИЛИ 19, который ф6рми рует функционал сравнений по вероятности

, и,,Д, PCUpe, UKM

в виде сигналов +1, - 1 и 0.

Сигн +1, или -1, или О с выхода .элемента Исключительное ИЛИ поступае в дешифратор 18 знаков и весов, который фоЕ гарует шаг коррекции + & тре

или - л трр, или О

реверсивный

счетчик 6. Величина -д тре может быть,например,равна 4.С блока 1 памяти параметров через первый его выход на второй вход реверсивного счетчика б записывается. . предыдущая оценка полуразмаха Хре„ и определяется текущая грубая оценка полуразмаха с помощью сигнала коррек.ции с выхода дешифра,тора 18 знаков и весов (например, равного 4, поступающего на третий триггер реверсивного счетчика 6 по первому выходу) по алгоритму

.VK 1Пре-в{РГХэк , и,, ,

, .-(1)

Грубая оценка Хр среверсивного счетчика 6 поступает через первый вход в блок 7 сглаживания, куда также с первого выхода блока 1 памяти параметров через второй вход блока 7 сглаживания.поступает оценка полуразма|яа Хре и формируется разность fk + 1J (I2p«. I - хре„ ), где tk + 13т(Ь + 1)-ый вес вида ) , Полученная разность суммируется с прёдыдущей оценкой полуразмаха Xpei в блоке 7 сглаживания .и формируется текущая сглаженная Оценка полуразмаха2ре ; V . Полученная оценка второго выхода блока 7 сглаживанигя, поступает через второй вход блока 1 памяти

параметров на место предыдущей оценки р .

Определение текущей оценки медианы Хме начинается в момент появления первой существенной ординаты х«к после появления Хэк . В этот момент по сигналу с преобразователя 17 временной интервал-код через второй выход блока 2 определения существенных ординат подается сигнал появления Хр через третий вход логического устройства 5 на дешифратор 18 знаков и весов.

Существенная ордината через третий вход поступает в первый 3 амплитудный детектор, на кЬторый ерез первый вход подается случайное напряжение выхода генератора 9 образцового случайного сигнала. Предыдущая оценка медианы хме с первого выхода блока 1 памяти параетров поступает через второй вход блок 7 сглаживания, с первого выода блока 7 сглаживания оценка х,, оступает через первый вход в первый 8 преобразователь код-напряжение, на выходе которого фоЕ даруется напряжение мвк которое поступает через второй вход на второй 4 ампли- , тудный детектор, на который через первый вход подается случайное напряжение Сигналы сравнений с выходов первого 3 и второго 4 амплитудных детекторов поступают через первый и ;второй входы логическогоустройства 5 на входы элемента Исключительное ИЛИ 19, который формирует функционал сравнений по вероятности

, UK,,,,, PtUwe, U,, }

в виде сигналов +1, или -1, или О. Один из этих сигналов с выхода схемы Исключительное ИЛИ 19 поступает в дешифратор 18 знаков и весов, который фо1 шрует шаг коррекции +Ат, или , или О в реве сивный

счетчик 6. Величина Л йме быть равной .1 тре ил и быть в 2 раза меньше д Горе, например, .1, 2. Это значит, что сигнал коррекций поступает на первый вход реверсивного счетчика 6 на второй его триггер.

Перед этим с блока 1 памяти параметров через первый его выход на второй вход реверсивного счетчика 6 записывается предыдущая оценка медианы хмв и определяется текущая : грубая оценка медианы по алгоритму аналогичному (1)

х . кпгЬ

, UK,, }

(3)

Грубая оценка реверсивного счетчика б поступает через первый вход., в блок 7 сглаживания, куда также с первого выхода блока 1 памяти параметров через .второй вход блока 7 сглаживания поступает предыдущая сглаженная оценка медианы х, и формируется разность вида t k + 1 (х„ - х„. ) , / где /, k ) . Полученная раэност ь суммируется с предыдущей оценкой медианы XM« в блоке 7 сглаживания и определяетс текущая сглаженная оценка медианы, е,, «х k + 1 (, )(4) Полученная оценка со второго выхода блока 7.сглаживания поступает через второй вход в блок 1 памят параметров на место предыдущей оценки XM, . . Определение текущей оценки среднего интервала д vit,, начинается после определения преобразо вателе 17 временной интервал-код блока 2 определения существенных ординат сразу после определения Х-Ме кц. . Для этого код с выхода первого 15 регистра через первый выход 2 блока определения существенных ординат поступает на первый вход второго 10 преобразователя код напряжение, который преобразует &te в напряжение Uc, поступающее с ег выхода на второй вход первого 3 амп литудного детектора, а си,гнал X (t) блокируется. В этот момент в дешифраторе 18 знаков и весов логического устройства 5 подготавливает формирование шага А т по сигналу с второго входа блока 2 определения о динат . 2. , Через первый вход первого 3 ампл тудного детектора подается случайно напряжение выхода генератора образцового случайного сигнала. Предвдущая оценка среднего интер вала л tcK с первого выхода блока памяти параметров поступает через второй вход в блок 7 сглаживания.С первого выхода блока 7 сглаживания оценка utcK поступает через первый вход в-первый 8 преобразователькод напряжение , на выходе которого формируется напряжение Udi utc / кот рое поступает через второй вход на второй 4 амплитудный детектор, на который через первый вход подает, ся случайное напряжение . Сиг налы сравнений с выходов первого 3 и второго 4 амплитудных детекторов поступают через первый и второй входы логического устройства 5 на входы элемента Исключительное ИЛИ 19, который формирует функционгш сравнений по вероятности MPtUcK . км.з Ь Р1бск , и«,,,, В виде сигналов +1, или -1, или 0. Один из этих сигналов с выхода элемента Исключительное ИЛИ 19 поступает в д&иифратор 18 знаков и весов, который формирует шаг Koppexi ции +лтр, или - Дт., или О в реверсивный счетчик б по первому входу. Величина этого шага может быть равной Д miwve / АШре или, например,8. Это значит, что сигнал коррекции поступил на четвертый триггер реверсивного счетчика. Перед этим с блока 1 памяти параь1етров через первый выход на второй вход реверсивного счетчика б записывается предыдущая оценка среднего интервала . и опред;еляется текущая грубая оценка среднего интервала по алгоритму аналогичному .(1) , (3) . ..: + c9lPtUc UK..., Ь ск к+-(,з I Грубая оценка реверсивного счетчика б поступает через первый. вход в блок 7 сглаживания, куда также с первого выхода блока 1 памяти параметров через второй вход блока 7 сглаживания поступает предыдущая сглаженная оценка среднего интервала формируется сначала разность , ), «,k+l} затем сумма, равная текущей оценке среднего интервала. км - Jk+lJ и,-ЛсЗ(б) Полученная оценка Д tc второго выхода блока 7 сглаживания поступает через второй вход в блок 1 памяти параметров на место предыдущей оценки Atc . Определение текущей оценки среднего интервала ifta. экстремальных ординат начинается после определения . преобразователе 17 временной интервал-код бЛока 2 определения существенных ординат. Для этого код выхода вто- рого 16 регистра через первый вход блока 2 определения существенных ординат поступает на пербый вход второго 10 преобразователя код-напряжение, который преобразует в напряжение э., поступающее с его выхода на второй вход первого 3 амплитудного детектора, а сигнал x(t) блокируется . Далее определение /ГЪэ происходит аналогично описанному выше определению алгоритмам (5.), (6). Полученная оценкаСО второго выхода блока 7 сглаживания поступает через второй выход в -блок 1 памяти параметров на место предыдущей оценки Atg Следующий цикл к аналогичен циклу к t. 1 и происходит с момента появления экстремальной ординаты

После Ng циклов в блоке 1 памяти йараметров определяют оценки медианы ;х„е, г полуразмаха X ре.,/средних ин тервалов , и гГЪэ существенных Хр (t)) и экстремальных ординат

хэ (t} . .: 5

По оценке х ре f поступающей йО второго выхода блока .1 памяти параметровв управляемом источнике 11 . опорных напряжений выбирается оптимальный диапазон опорных напряжений |0 Upe,, , которые с первого,второго и третьего вах6йбйГупраёЙШёЙбте й«: йч«ика 11 опорных напряжений, соотват ственнб, пЬступают в генератор 9,

.через второй вход в первый 8 преоб- ., разователь код-:йапряжение, через второй вход - во второй 10 преобразователь код-напряжение.; -----По оценке Хнеи / поступающей ана .логично Хре в. управляемый источник .

11 опорных напряжений диапазон оп- : тимальных ОПО:РНЫХ напряжен 1й емеща:ется на величину напряжений Uwu

Кен

По оценке ifc. tc (при анализе -гладких сигналов) или по оценке 25 . .U -tgi, (при анализе зашумленных поме ) ) сигналов X (t)x (t)+m(t) + t) ,; поступающей стретьего выхода блока 1 памяти на вход управляемого делителя 12 частоты, с помощью послед-30 него, выбирается интервал стробирова- , ния и tu, ,по чётйёртому Входу -.лОгичбс-: ;кого устройства 5 в дешифраторе 18 зна: ков и весов, а также по второму входу генератора 9,в последнем выбирается 35 опорнап частота f л tc,, где лЪ s&f с или Ato

Кроме того, моменты .появления существенных t..-.z. } и экстремальных t .} ординат Q )} и {x-s (t)} могут подаваться через второй выход блока 2 определения существенных ординат с преобразователя 17 временной интервал-код

в другие блоки системы С четвертого ле входа блока 1 памяти параметров можно- считывать .текущие оценки ме-

-. Дианы ., полуразмаха хре,, , средних интервалов л,, идtэJ; в блбки системы управление для решения задачи адаптивного центрирования, масштаби- -роваййя йри кодирЬвании и адаптивной д-искр етйэации п:о врёмейи п-рЙ мнЬгд цедев.ой обработке с.оучайного сигна:лах (t) ; . --;- ; Ваооринтервала |Стробирования 55 Atq и верхней частоты/f в данном

устройстве по текущим оценкам e-tg ,.Гили А Ъэ(. позволяет существенно по-. высить точность оперативной (за априорно заданное число циклов Ng) веро- 60

ятностной обработки случайного прогцесса, в которых выбор ftt и f

проиэводится одинакового и по весьма (Неточным итератк вн)- знаковым алго/ритмам,. точность которых в 3-8 раз 65

хуже, чем у алгоритмов измерения среднизс ивтервалов дЬс. и nt- , предложенных в данном устройстве. Оптимальное сглаживание грубых

оценок , эк + , в данном анализаторе достигнуто введением блока 7 сглаживания в контур обратной связи и адаптивным управлением его постоянной, сглаживания Tft (Ng itg, ), причем время выбосведено до 5-7 интервалов

коррекции сигнала х (t) за счет привязки началов циклов,аботы устройства к моментам t - и tg и t -i tc.,i , что увеличило декоррелированность измерений .в соседних циклах и в 3-4 раза улучшило сходимость аналогичных друг другу процедур определения оценок

, tcy , .

В предложенном устройстве за счет оперативного адаптивного, смещения по име, ма.сштабирования Upe адаптивной дискрети itV

At

или

зации по времени

с / At9 , fa л tQ . существенно расширена возможность и повышена точнС5сть оперативной обработки ква.зистационарных реализаций с апрйорно неизвестными оценками текущих медианы, полуразмаха и скорости изменения корреляционной, функции.

Формула изобретения

1. Адаптивный анализатор, содержащий первый и второй амплитудный детекторы, генератор образцового сигнала, логическое устройство, состоящее из элемента Исключительное ИЛИ,и дёшифратора и верой,первый вход которого соединён с выходом элемента исключительное ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно свыходами первого и второго амплитудных детекторов, первые входы которых объединены и п6дк.лючены к выхсаду генератора образцового сигна- ла, второй .вход второго амплитудного детектора соединен с выходом первого преобраэбвателя код-напряжение, второй вход первого амплитудного детек.тора является входом анализатора, второй вход и выход дешифратора, знаков и весов соед инены соответственно с первым входом генератора образцового сигнала и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым выходом блока па(,второ1й выход которого является первым выходом анализатора,о т л и чающийся тем,что,с целью повышения точности работы анализатора в него введены второй преобразователь код-напряжение, блок сглаживания, управляемый источник опорных напрят жений, де 1итель частоты и блок определения существенных ординат, вход