Анализатор плотности распределения амплитуд Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

1

Анализатор плотности распределения амплитуд относится к специализированным средствм автоматики Ивычислительной техники, предназначенным для определения вероятностных характеристик случайных процессов в условиях априорно недостаточной информации, например в океанологии, радиофизике и других областях.

Известен цифровой анализатор плотности распределения амплитуд, содержащий аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенный с цифровым дискриминатором, рядом схем совпадений и канальными-счетчиками, а также устройство изменения уровня анализа и матричный коммутатор, соединенные с выходом генератора импульсовЩ.

Однако анализатор требует значительных аппаратурных затрат и априорных знаний о классе исследуемых сигналов .

Известен также анализатор с адаптивным выбором диапазона анализа, содержащий устройства выделения и фиксации наибольшего и наименьшего , значений сигнала, соединенные через блоки запоминания с контактными реле режима работы, подключенными через потенциометр к блоку анализа t2.

Недостатком анализатора является низкое быстродействие и необходимость априорной информации о корреляционных свойствах сигнала для задания шага временной дискретизации.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой анализатор, содержащий входное устройство (аналого-цифровой преобразователь) , соединенное с адресным входом запоминающего устройства, информационные вход и выход которого подключены соответственно к.выходу и первому входу регистра (сумматораД управляющие входы регистра и запоминающего устройства подключены к соот390ветствующим выходам блока управления з. Недостатком предлагаемого анализа затора является необходимость априорного знания корреляционных или частотных свойств исследуемого сигна ла для рационального выбора шага вре менной дискретизации, для чего требуется несколько предварительных эта пов вычислений, что снижает ;5ыстродействие получения результата обработки. Цель изобретения - повышение быстродействия за счет уменьшения объема априорной информации о свойствах исследуемого сигнала. Эта цель достигается тем, что анализатор плотности распределения амплитуд, содержащий аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к адресному входу запоминающего устройства, у которого информацион ный вход соединен с выходом сумматора , управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления а выход соединен с первым выходом сумматора и выходом анализатора, второй вход сумматора подключен к второ му выходу блока управления, введены блок вычитания, регистр, накапливающий сумматор, регулируемый делитель частоты и блок сравнения, причем пер вый вход блока вычитания подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, второй вход соединен с выходом регистра, а выход - с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого подключен к информационному входу регистра и первому входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом регулируемого делителя частоты, выход последнего подключен к управляющему входу анало го-цифрового преобразователя и к входу блока управления, а управляющие входы регистра, накапливающего сумматора, блока сравнения и регулируемого делителя частоты подключены к соответствующим выходам блока управления. Блок управления содержит триггер управления, выход которого через первый элемент задержки подключен к запускающему входу генератора импульсов, первому входу первого элемента ИЛИ и управляющему входу счетчика, второй элемент задержки, регистр задания допуска, ключ и коммутатор, содержащий третий элемент задержки. переключающий триггер, четыре элемента И и два элемента ИЛИ, первый выход счетчика подключен ко второму входу первого элемента ИЛИ, а второй выход - к управляющему входу ключа, информационный вход которого соединен с выходом регистра задания допуска, первый вход триггера управления соединен с первым входом переключающего триггера, второй вход которого, вход третьего элемента задержки, первый вход первого элемента И и первый вход второго элемента И подключены к выходу первого элемента ИЛИ, первый выход переключающего триггера, являющийся первым выходом блока управления соединен со вторым входом первого элемента И и первым входом третьего элемента И, а второй выход переключающего триггера подключен к первому входу четвертого элемента И и втдрому входу второго элемента И, выход третьего элемента задержки соеди-, нен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и четвертого элементов И подключены соответственно ко входам второго элемента ИЛИ, а выходы второго и третьего элементов И - ко входам третьего элемента ИЛИ, вход блока управления соединен с информационным входом счетчика и входом второго элемента задержки, выход которого является вторым выходом блока управления, третий и четвертый выходы блока управления подключены соответственно к выходам второго и третьего элементов ИЛИ, пятый выход блока управления подключен к выходу генератора импульсов. На фиг. 1 приведена функциональная схема анализатора плотности распределения амплитуд; на фиг. 2 - структурная схема блока управления. Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, запоминающее устройство 2, сумматор 3 блок Ц управления, блок 5 вычитания, регистр 6, накапливающий сумматор 7, блок 8 сравнения и регулируемый делитель частоты 9. Информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1 является входом анализатора, управляющий вход подключен к выходу регулируемого делителя 9 частоты и входу блока k управления, а выход соединен с первым входом блока 5 вычитания и адресным входом запоминающего устройства 2. Выход запоминающего устрой59ства 2 подключен к входу сумматора 3 и к выходу анализатора, информационный вход соединен с выходом сумматора 3 а управляющий вход подключен к первому выходу блока Ц управления, Второй вход блока 5 вычитания соединен с выходом регистра 6, а выход подключен к выходу накапливающего сумматора 7. Первый вход блока 8 срав нения соединен с выходом накапливающего сумматора 7 и с входом регистра 6, а выход подключен к первому входу регулирующего делителя частоты 9. Управляющие входы сумматора 3, регистра 6, накапливающего сумматора 7, блока 8 сравнения и регулируемого делителя 9 частоты соединены с соответствующими выходами блока управления. Блок k управления содержит генератор 10 импульсов, счетчик 11, триг гер 12, управления, первый и второй элементы задержки 13 и 1U, первый элемент ИЛИ 15,регистр 16 задания допуска, коммутатор 17, состоящий из переключающего триггера 18, элементов И 19 и 22, элементов ИЛИ 23 и элемента задержки 25 и группу ключей 26. Анализатор работает следующим образом. По команде блока управления устанавливаются в нулевое состояние за поминающее устройство 2, сумматор 3, регистр 6 и накапливающий сумматор 7 а регулируемый делитель 9 частоты ус танавливается в начальное состояние. Предлагаемая вычислительная прО. цедура основана на выполнении следующих условий корректировки параметро обработки случайных сигналов с априори неопределенными свойствами.. На практике экспериментатору известны, как правило, лишь некоторые корреляционные свойства исследуемых сигналов, например, оценка интервала корреляции ТГд . Поэтому, задавая шаг дискретизации , по известным соотношениям определяют требуемый объем некоррелированной выборки для обеспечения заданной статистической точности оценки w(x). В анализаторе регулирование шага ut для обеспечения некоррелированнос ти отсчетов осуществляется в виде пр цедуры из следующих операций. 8 Известно теоретическое тожество -МГх(Ц)} 0, которое из-за ограниченного объема выборки N / оо на практике не выполняется, т. е. имеется некоторое текущее значение (1) -lftrx(tf)3l,}7 о Поэтому задается мера близости к тождеству А.И И О в виде некоторого порогового напряжения сравнения. Сравнивая в процессе обработки сигнала значения Л-j-gn и &у, можно использовать результат их сравнения для корректировки шага выборки и t. Так как при некоррелированной выборке статистическая погрешность определения математического ожидания зависит от дисперсии исследуемого СИ1- нала и от объема выборки, а при коррелированной выборке еще и от значений (характера) коС)реляционной функции на интервале дискретизации, то регулируя шаг дискретизации, при заданном объеме выборки обеспечивается некоррелированность отсчетов, благодаря чему минимизируется статистическая погрешность. Аппаратурно эта последовательность операций реализуется следующим образом. Из выборок исследуемого процесса x(t-), поступающих с выхода аналогоцифрового преобразователя 1 в первом цикле работы с начальной частотой дискретизации, в накапливающем сумматоре 7 формируется оценка среднего значения ft. Во втором цикле работы анализатора оценка т переписывается в регистр 6, накапливающий сумматор 7 сбрасывается в нулевое состояние и по тому же объему выборок в накапливающем сумматоре 7 определяется оценка среднего значения грубо центрированного в блоке 5 вычитания сигнала. По истечении заданного объема выборки, оценка среднего значения грубо центрированного сигнала сравнивается в блоке 8 сравнения с заданным пороговым знамением Д, , поступающим из блока k управлениг. Если Д7ек И| то блок 8 сравнения формирует команду на уменьшение коэффициента деления регулируемого делителя 9 частоты, благодаря чему увеличится период t

запуска аналого-цифрового преобразователя 1 по сравнению с величиной Jit, поступающей на регулируемый делитель 9 частоты из блока Ц управления,,

Одновременно, в каждом цикле обработки запоминащего устройства 2 с помощьр сумматора 3 и блока k управления формируется оценка плотности распределения вероятностей w(x). Эта Ю оценка формируется по классическому алгоритму: каждая очередная выборка вызывает содержимое соответствующей ячейки запоминающего устройства 2, к которому в сумматоре; 3 блок управления добавляет единицу и вновь записывпет новое значение в ту же самую ячейку. После двух таких циклов работы анализатора начинается новый цикл с той лишь разницей, что регулируемый делитель 9 частоты не устанавливается в начальное состояние. Блок k управления работает следующим образом, В начале работы анализатора подается команда ПУСК, срабатывает триггер 12 управления, устанавливая переключающий триггер 18 в нулевое состояние. Затем через промежуток времени, определяемый элементам 13 задержки, устанавливается в нулевое состояние счетчик 11 и производится запуск генератора 10 импульсов. При .этом, от импульса с выхода элемента ИЛИ 15 устанавливается,в единичное состояние переключающий триггер 18, Благодаря этому элементы И 19 и 21 открываются и пропускают соответстве но задержанный и незадержанный импульсы с триггера 12 управления через .элементы ИЛИ 23 и 2k на управляющие входы регистра 6 и накапливающего сумматора 7. В результате происходит обнуление накапливающего сум матора 7 и запись его содержимого в регистр 6, После N тактов работы в накаплива ющем сумматоре 7 сформируется оценка среднего значения illy, и импульсом с первого выхода счетчика 11.через эле мент ИЛИ 15 опрокинется триггер 18, Благодаря этому откроются элементы И 20 и 22,и задержанный и незадержан ный импульсы поступят теперь уже со ответственно на управляющие входы на капливающего сумматора 7 и регистра 6, В результате чего в регистр 6 запишется оценка среднего значения nij.

а накапливающий сумматор 7 обнулится. Таким образом коммутатор 17 поочередно меняет последовательность управления регистром 6 и накапливающим сумматором 7.

В каждом нечетном цикле триггер 18 вырабатывает команду на обнуление запоминающего устройства 2, в котором в каждом четном цикле формируется оценка плотности распределения. После прохождения 2N выборок счетчик 11 импульсом с второго выхода от рывает ключ 2б, пропуская код порога &j с регистра 16 задания допуска на вход блока 8 сравнения, В каждом такте работы анализатора импульс с элемента Н задержки прибавляет единицу к содержимому сумматора 3, После подачи команды Останов работа анализатора прекращается. Анализатор работает циклически. После того, как оценка среднего значения грубо центрированного сигнала д-рек станет меньше порогового значения АИ , полученная в запоминающем устройстве 2 оценка плотности вероятностей может считаться достоверной, так как в этом случае она будет получена по практически некоррелированной выборке. Следовательно, задавая Лм исходя из допустимой погрешности определения оценки плотности распределения и R предположении некоррелированности отсчетов, а затем сравнения значения м с Л тек , получаемом в общем случае при коррелированности отсчетов, в предлагаемом анализаторе производится автоматическое регулирование шага дискретизации исследуемого сигнала, т, е, автоматически учитывается текущая информация о свойствах сигнала. Формула изобретения 1, Анализатор плотности распределения амплитуд, содержащий аналогоцифровой преобразователь, первый вход которого является входом анализатора,, а выход соединен с адресным входом запоминающего устройства, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу сумматора и к выходу анализатора, блок управления, первый и второй выходы которого соединены с управляющим входом запоминающего устройства и с вторым входом

сумматора соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок вычитания, регистр, накапливающий сумматор, блок сравнения и регулируемый делитель частоты, причем первый вход блока вычитания сое.динен с выходом аналого цифрового преобразователя, второй вход подключен к выходу регистра, а выход соединен с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с первым входом блока сравнения и информационным входом регистра, выход блока сравнения подключен к первому входу, регулируемого делителя частоты, выход которого соединен с выходом блока управления и с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а управляющие входы ре,гистра, накапливающего сумматора, блока сравнения и регулируемого делителя частоты подключены соответственно к третьему, четвертому, пятому и шестому выходам блока управления. .

2. Анализатор по п. 1, о т л и г чающийс я тем, что блок управления содержит триггер управления, выход которого через первый элемент задержки подключен к запускающему входу генератора импульсов, первому входу первого элемента ИЛИ и управляющему входу счетчика, второй элемент задержки, регистр задания допуска, ключ и коммутатор, содержащий третий элемент задержки, переключающий триггер, четыре элемента И и два элемента ИЛИ, первый выход счетчика подключен ко второму входу первого злет мента ИЛИ,а второй выход - к управлящему входу ключа, информационный вхо которого соединен с выходом регистра

задания допуска, первый вход триггера управления соединен с первым входом переключающего триггера, второй вход которого, вход третьего элемента задержки, первый вход первого элемента И и первый вход второго элемента И подключены к выходу первого элемента ИЛИ, первый выход переключающего триггера, являющийся первым выходом блока управления, соединен со вторым входом первого элемента И и первым входом третьего элемента И, а второй выход переключающего триггера подключен к первому входу четвертого элемента И и второму входу второго элемента И, выход третьего элемента задержки соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и четвертого элементов И подключены соответственно ко входам второго элемента ИЛИ, а выходы второго и третьего элементов И - ко входам третьего элемента ИЛИ, вход блока управления соединен с информационным входом счетчика и входо второго элемента задержки, выход которого является вторым выходом блока управления, третий и четвертый выход блока управления подключены соответственно к выходам второго и третьего элементов ИЛИ, пятый выход блока управления подключен к выходу генерато ра импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мирский Г, Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., Энергия, с, 330.

2.Авторское свидетельство СССР № 381079, кл. G 06 С 7/52, 1973.

3.Курочкин С. С. Многокамерные статистические анализаторы. М., Атоиздат, 1968, с. 2kS (прототип).

xCtj

«

W(J()

„..

Ж.

л

/77д

f

A/i

(p{4Z.1 K IMKSI ИВлокдГ if

Stixt

вых.}

BHIiT я

ffx/ От9мка9

Фи.2