Адаптивный анализатор спектра Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к специализированньом средствам вычислительной техники, предназначенной для автоматизации исследований случайных процессов, распознавания и принятия решений по полученным оценкам вероятностных характеристик, например в акустике, биокибернетике.

По основному авт. св. № 734740 известно устройство, содержащее блок принятия решений и коррелятор, входы которого объединены и являются входом анализатора, выходы коррелятора через блок переключателей соединены с соответствующими входами блока начальных сумматоров, выходы которых соединены с первой группой входов первого коммутатора, вторая группа входов которого подключена к первой группе выходов блока принятия решений, выход первого коммутатора соединен со входом линии задержки и со входом второго коммутатора, две группы выходов линии задержки соединены соответственно со входс1ми третьего и четвертого коммутаторов, выходы второго, третьего и четвертого коммутаторов соединены с соответствующими входами многовходового сумматора, управляющие

входы коррелятора первого коммутатора и блока принятия решений соединены с соответствующими выходами блока управления, а управляющие входы второго, третьего и четвертого коммутаторов подключены ко второму, выходу блока принятия решений. При этом блок принятия решений содержит измеритель интервала корреляции, ходы которого соединены соответственно с первым и вторым счетчиками, выходы которых подключены ко входам соответствующих дешифраторов, выходы которых являются соответственно пер- .

15 вым и вторым выходами блока принятия

решений

Однако , обеспечивая большой динамический диапазон амплитуд и разрешаюцую способность анализа для сигналов различных классов, анализатор имеет большую погрешность вьгчисления, если верхняя частотаанализа в 1,5 - 2 раза больше ожидаемой, так как увеличивается влияние

25 дискретности представления корреляционной функции на точность Фурьепреобразования, если верхняя частота меньше ожидаемой - из-за усечения корреляционной функции до точки,

30 соответствукадей интервалу корреляции/

что приводит к смещению оценки Фурьепреобразования .

Цель изобретения - увеличение точности вычислений при расширении классов -исследуемых процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный анализатор спектра, введены экстраполятор, блок сравнения, блок формирования интервала времени вычислений, при этом вход экстраполятора соединен с первым выходом измерителя интервала корреляции, а выход сбединев с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования интервала времени вычислений, вход которого объединен с управляющим входом коррелятора, выход блока сравнения соединен Со входом блока управления.

Н.э. фиг, 1 приведена блок-схема адаптивного анализатора спектра; на фиг. 2 а, б иллюстрация влияния дискретьгасти для различных классов сигналов; на фиг.2 в - характер увеличения погрешности вычислений для корреляторов с различным числом каналов; на фиг. 3 - блок-схема блока управления.

Адаптивный анализатор спектра содержит многоканальный коррелятор 1, выходы которого через канальные переключатели 2 соединены с блоком 3 возбуждаемых контуров, выходы которых соединены со входами соответствующих г нальных сумматоров 4, выходы которых подключены ко входам первого коммутатора 5 и к вторым входам каждого последующего канального сумматора 4 .

Выход первого комл1утатора 5 соединен со входом второго коммутатора

7и через линию 6 задержки с третьим и четвертым коммутаторами

8и 9, выходы которых соединены с многовходовым сумматором 10.

Управляющие входы первого коммутатора 5 подключены к первому выходу блока 12 принятия решений, а входы коммутаторов 7, 8 и 9 ко второму выходу. При этом блок 12 принятия решений содержит измеритель 13 интервала корреляции, к выходам которого подключены последовательно соединенные счетчик 14, дешифратор 16 и соответственно счетчик 15, деифратор 17, а выходы дешифратора 16 и 17 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 12 принятия решений, информационный ход которого соединён со входом многоканального коррелятора 1 и источником исследуемого сигнала.

Кроме того, к первому выходу из-ерителя 13 интервала корреляции подключен вход экстраполятора 18, к управляющему входу коррелятора 1 : одключен вход формирователя 19 нтервала времени вычислений. Выходы формирователя 19 интервала време вычислений и экстраполятора 18 соединены с первым и вторьом входами блока 20 сравнения, выход которого соединен со входом блока 11 управления, соответствующий выход которого соединен со вторым управляющим входом коммутатора 5. .

При этом блок 11 управления содержит коммутатор 21 знакового сигнала, подключенный к входу блока 11 управления , а выходы коммутатора 11 соединены соответственно со входами прямого и инверсного счета реверсивного счетчика 22, к выходу которого подключены последовательно соединенные преобразователь 23 кодчастота импульсов и делители 24 частоты.

Для автоматической аппаратуры анализа спектра свойственны 1-3 пробных измерения спектра - для получения некоторой информации о характере спектра и ожидаемой частотой области, так как при анализе сложных объектов такая априорная информация обычно отсутствует.

В известном устройстве отсутстви достаточной априорной информации приводит к необходимости дополнителного выбора точки усечения-по вычисленной корреляционной функции, что приводит к другому недостатку, т.е. увеличению смешенности оценки спектра.

Целесообразно обеспечить для интервала корреляции У f,o соётношение TM ,где - время задержки, N - количество ординат корреляционной функции, что особенно критично для аппаратуры с небольшим количеством каналов (N st 50 - 100) . Поэтому необходимо ввести в анализатор такие режимы адаптивного управления параметрами алгоритма работы, чтобы выполнялись условия оптимальности обобщенного критерия эффективности функционирования. Эти условия достигаются следящей подв область знастройкой параметра г

МО

чений f и автоматическим выбором точки усечения.

Адаптивный анализатор спектра осуществляет эти преобразования следующим образом.

Перед началом работы все блоки и устройства анализатора установлены в исходное состояние, переключатели 2 и ключи ког мутаторов разомкнуты. В реверсивном счетчике 22 блока 11 управления установлен код, определяющий начальный интервал дискретизации.

При подключении ко входу коррелятора 1 источника случайного сигнала x(t) от блока 11 управления подаются управляющие импульсы дискретизации сигнала через интервал л t и формирования оценки корреляционной функции RCir) в виде ряда m ординат где , 1,2, ..., (N-1), Одновременно сигнал x(t) поступа на вход блока 12 принятия решений, содержащего измеритель 13 интервала корреляции, в котором формируется значение . При вычислении функции R(f и ее Фурье-преобразования §(t) параметр Ili g I определяет область существования функции R(D) . Поэтому для осуществления процедуры приспособления параметров алго ритма дискретного преобразования Фурье к реальному типу случайного сигнала текущие данные о формируемом Iи.уо I с первого выхода измерите ля 13 интервала корреляции подаются на вход экстраполятора 18, который предсказывает значение на k шагов от текущего момента времен . п - Д t. . С выхода экстраполятора 18 значение поступает на первый вход блока 20 сравнения, на второй вход которого от формировате ля 19 интервала времени вычислений подается величина образцового напря жения, пропорционального интервалу ffj N ulT . При выполнении соотношения г -Т i Р 1 на выходе блока 20 сравнения образуется единичный импульс определенного знака, который поступает на вход блока 11 управления и уменьшает или увеличивает частоту импуль сов, определяющих интервал дискрети зациидЬ-) , на величину (ut.. Единичный импульс поступает на вход коммутатора 21 знакового сигна ла (фиг. 3), который подает этот импульс на определенный вход реверсивного счетчика 22 для увеличения или уменьшения значения кода, из которого в преобразователе 23 . формируется соответствующее новое значение частоты импульсов. Эта час тота делится в делителях 24 частоты формируя новые последовательности управляющих импульсов для функциональных блоков. При этом по команде от блока 11 управления в формирователе 19 интервала времени вычислений образует новое значение tf а на выходе экст раполятора 18 - значение If fflo )),4.-1. Их сравнение приводит к новому изменению шага дискретизации до тех пор, пока не будет удовлетворяться соотношение (-1), после чего производится вычисление функции И(f) при постоянной частоте дискретизации. Благодаря этому все информативные ординаты корреляционной функции располагаются не на части интервала О-N-1 и не вне его (как на фиг.2а,б),а строго в пределах этого интервала. При этом в счетчике 14 сформирован код, характеризующий величину ,Q , в счетчике 15 - характеризугаций величину 1/2 t, , из которых формируются команды на соответствующих выходах блока 12 принятия решений. Использование экстраполятора 18 позволяет ускорить сходимость процедуры поиска д t(jp4. (или u. ) каждое очередное управление изменением шага д t эквивалентно переходу на график, характеризующий меньшие погрешности д S (фиг, 2в), т.е. эквивалентно увеличению количества N каналов коррелятора 1. Таким образом, в анализаторе .установлены оптимальные параметры алгоритма преобразования Фурье л П106Н--1 S.,(t)irs )(murt, (1) где hp 1 при м - прямоугольная весовая функция. Этот результат через первый выход анализатора подается на регистрацию (внешними устройствами) или в последующие блоки анализатора для сглаживания высокоселективным окном. Усеченная оценка спектра §n(t) с выхода коммутатора S поступает в линию 6 задержки, к отводам которой подключены коммутаторы 8 и 9, а ко входу ее подключен коммутатор 7, проходя через один из ключей, открытых в коммутаторах 7, 8 и 9 по команде от дешифратора 16, сигнал поступает на три из входов многовходового сумматора 10, на выходе которого формируется сглаженный спектр, как и в известном устройстве. Таким образом, автоматически решается задача обеспечения, оптимальных условий минимизации методических погрешностей (фиг. 2в) в пределах допустимых ,1д 3|д(зпЗа счетслежения за граничной точкой интервала представления корреляционной функции и ее совмещения с интервалом корре, за счет задания точки усечения в точке .счет сглаживания спектра окном необходимой формы. Вследствие этого, совокупный технико-экономический эффект от изобретения является существенным, так как известные анализаторы не позволяют автоматически и плавно управлять параметрами алгоритма вычисления спектра и корреляционной функции при автоматическом выборе точки усечения , перед началом каждого цикла вычислений для них требуется существенно большая априорная информация о классе сигнала и типе его корреляционной функции или проведение нескольких пробных экспе риментов. Формула изобретения Адаптивный анализатор спектра по авт. св. 734740, о т л и ч а ющ и и с я тем/ что, с целью увеличения точности при расширении клас сов исследуемых процессов, в анализа тор введены экстраполятор, блок срав нения, блок формирования интервала времени вычислений, вход экстраполятора соединен с первым выходом измерителя интервала корреляции, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования интервала времени вычислений, вход которого объединен с управляющим входом коррелятора, выход блока сравнения соединен со входом блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 734740, кл. G 06 G 7/52, 1978 (прототип).

flK Л I

T

0 /I K,

ч

лТ

ц-ДЭз

sir

-7

fffa f

1

fff /f-7