Адаптивный анализатор спектра Советский патент 1982 года по МПК G01R23/16 

1

Изобретение относится к электроизмерительной и может быть использовано для анализа вероятностных характернстнк случайных процессов.

Известен анализатор, содержащий ряд каналов с управляемыми фильтрами и дисперснометры, выходы которых соединены с входами блока выбора номера канала 1 .

Его недостатком является малая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является анализатор, содержащий квантователь, блок задержки, N + 1 каналов умножителей с накапливающими сумматорами, элемент ИЛИ и преобразователь Фурье 21.

Однако точность анализа его недостаточна при небольшом числе вычисляемых ординат функций корреляции.

Цель изобретения - ловыщение точности измерений.

Эта цель достигается за счет того, что в адаптивный анализатор спектра, содержащий квантователь, ггодключенный к блоку задержки, выходы которого подключены к N + 1 параллельно включенным каналам, каждый из которых состоит из умножителя, соединенного со входом накапливающего сумматора, состоящего из последовательна соединенных сумматора, регистра и ключа, один из вы-, ходов которого подключен ко второму входу сумматора, причем выходы всех накапливаю- . щих сумматоров через элемент ИЛИ подключены к преобразователю Фурье, состоящему из

10 постоянного запоминающего устройства и регистра, подключенных ко входам арифметического блока, выход которого соединен со входом регистра, дополиительно введены кшоговх овый сумматор, вычислитель дисперсии

15 и последовательно соединенные первый регистр числа, умножитель и второй регистр числа, выход которого подключен ко вторым входам всех канальных умножителей, третьи входы которых соединены с выходами своих

20 накапливающих сумматоров, при этом выходы канальных умножителей соединены со входами МНОГОЕ ходового сумматора, В1.1ход которого подключен ко второму иходу введенного 95 ултожкгеля, а вычислитель дисперсии включен между выходом многовходового сумматора и одним из входов элемента ИЛИ. На чертеже представлена структурная схема анализатора. Анализатор содержит квантователь 1, блок 2, задержки, состоящий из регистров 2.1-2.N умножители 3.I-3N + 1, накапливающие сумшторы 4..N. + 1, элемент 5 ИЛИ, преобразователь 6 Фурье, состоящий из постоянного запоминающего устройства 7, арифмети1 еского блока 8 и регистра 9. В анализатор входят также регистр 10 числа, дополнительный умножитель 11, второй регистр 12 числа, многовходо вой сумматор 13 и вычислитель 14 дисперсии, При этом накапливающие сумматоры 4.1-4.N+ состоят из сумматора 15, регистра 16 и клю ча 17. Анализатор спектра работает следующим образом. В исходном состоянии все блоки обнулены в регистр 10 числа записан коэффшшент ti const, выбранный из условия ц L DX, где DX - дисперсия процесса x(t); L - число отсчетов процесса, по которым вычисляется спектр. В регистр 16 накапливающего суммато ра 4.1 записан коэффициент /о,-г Ь а в регистрах .16 остальных N + 1 накапливающих сумматоров первоначально устанавливаются весовые коэффициенты VQ, 0. В начале обработки сигнал в квантователе 1 преобразуется в последовательность отсчетов которые подаются в блок 2 задержки и при помощи тактовых импульсов продвигаются в регистры 2.1-2.N сдвига. Перв-ый 1ШКЛ обработки нашнается со счить вания массива из N регистров сдвига 2 и оче редного отсчета с выхода квантователя 1 на входы умножителей 3. При этом на вторые входы умножителей 3 с выходов регистров 16 через ключи 17 подаются соответствующие весовые коэффи1шенты. В умножителях 3 соответствующие элементы массивов перемножаются и поступают далее на входы многовходового сумматора 13, в котором формируется сумма. N.N--f oi XGO + Vki EO S Xoi V Полученное значение EQ , характеризующ ощибку предсказания отсчета.-поступает на вход вычислителя 14 дисперсии и на второй вход умножителя 11, на первый вход которого из регистра 10 числа поступает число д Произведение д EQ записывается во второй рмггистр 12 числа, после чего это число сштывается с регистра 12 числа на третьи входы умзюжителей 3.1--3.N+1. Одновременно на первые входы умножителей 3 из блока 2 задержки считьгеаются от4 счеты xoi- В результате перемножения формируются корректирующие поправки AVoj &Q. Xoi к записанным в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4 коэффициентам. С выходов умножителей 3 эти поправки поступают на входы сумматоров 15 соответствующих накапливающих сумматоров 4, в результате чего на входе сумматоров 15 формируются обновленные значения ряда весовых коэффидиентов (для последующего 2-го цикла обработки) Voi -н Мб, 1 i VQj т- М c-jj - Этим заверщается первый 1шкл обработки. После этого считывается следующий, отсчет, а записанйые в регистрах сдвига 2 значения сдвигаются в следующие регистры 2, после чего начинается второй цикл обработки. На к-ом цикле обработки в регистрах 2 сформировывается к-ый массив отсчетов процесса, а в накапливающих сумматорах 4 сформировывается к-ый массив коэффициентов. Все отсчеты к-ого массива одновременно подаются на первые входы соответствующих умножителей 3, при этом на вторые входы умножителей 3 с выходов накапливающих сумматоров 4 подаются значения весовых коэффициелтов, сформированных на предыдущем (к-1)ом цикле. В -умножителях 3 соответствующие элементы массивов перемножаются и поступают далее на входы многовходового сумматора 13, в котором формируется сумма е- - р V V К ;t:(1i Xi Полученное значение g поступает на вход вычислителя 14 дисперсии. Вычислитель 14 дисперсии позволяет вычислять дисперсию процесса в скользящем временном окне. Число g ц также поступает на второй вход умножителя 11, на первый вход которого из регистра 10 числа поступает число i.Произведение д записывается во второй регистр 12 числа, после чего это произведение считывается с регистра 12 числа на третьи входы умножителей 3.1-3.N + 1. Одновременно на первые входы умножителей 3 из блока 2 задержки считываются отсчеты , в результате перемножения формируются корректирующие поправки к вычисленным на предыдущем цикле коэффициентам, хранящимся в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4. С выходов умножителей 3 эти поправки поступают на входы сумматоров 15 соответствующих накапливающих сумматоров 4, где формируются обновленные значения ряда весовых коэффициентов для следующего (к + 1)-го цикла обработки. Этим завершается к-ый цикл обработки.

Каждый цикл повышает качество оценки весовых коэффициентов, улучшая ее статистические свойства (уменьшая дисперсию и смещение), следовательно, улучшая свойства оценки энергетического спектра.

После некотброго количества таких циклов, необходимых для адаптивного автоматического согласования весовой функции е с классом случайного процесса, весовые коэффициенты из ряда накапливающих сумматоров 4 последовательно,- через соответствующие входы элемента 5 ИЛИ поступают в регистр 9 преобразователя 6 Фурье.

При этом на второй вход арифметического блока 8 из постоянного запоминающего устройства 7 поступают отсчеть гармонической функции е, которые перемножаются в арифметическом блоке 8 с рядом соответствующих еесовых коэффициентов, формируя значения амплитудного спектра А (uJ), После вычисления очередного значенияАр( ш ) оно в арифметическом блоке 8 возводится в квадрат, а в регистр 9 при этом с выхода вычислителя 14 дисперсии подается нормирующий коэффициент Dtp , характеризующий ди персию входного процесса. В арифметическом блоке 8 производится деление значения дисперсии, поступающего из регистра 9, на значение 1 Ар loj)) . в результате чего вычисляется значение т-ой ординаты знергетичес oi J 1 кого спектра Sp((-p,), поступающей на вы ход преобразователя 6 Фурье. Аналогично вычисления производятся для каждой из М частотных составляющих спектра. Таким образом формируются значения текущего энергетического спектра. При поступлении на вход блока 2 задержки следующего отсчета сигнала происходит автоматическое обновление весовых коэффициентов и значения дисперсии, после чего на выходе анализатора формируются обновленные значения ординат ), соответствующие текущему моменту времени. Операции обновления весовых коэффициентов и их хранение в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4 позволяют исключить из состава анализатора запоминающее устройство для хранения значений А (ю с большим количест вом точек. Таким образом, предлагаемый адаптивный анализатор спектра реализует новую вычислительную процедуру с адаптивным автоматическим формированием такой важной в оцен ваиии спектра характеристики как спектральное окно. Это позволяет при существенно меньших аппаратурных затратах с высокой точностью оценивать различные типы сложных спектров. Для достижения высокой точности требуется вычисление лишь небольшого числа весовых коэффициентов (например, для речевых сигиапов ). Адаптивные рекурсивиое вычисление весовых коэффициентов позволяет реализовать их вычисление без обращения матрицы, а выбором значения ц задается участок перестройки параметров анализа, т.е. участок гоценивания текущего спектра, что также способствует высокой точности его вычислений.

Фор м у ла изобретения

Адаптивный анализатор спектра, содержащий квантователь, подключенный к блоку задержки, выходы которого подключены к N + 1 параллельно включенным каналам, каждый из которых состоит из умножителя, соединенного со входом накапливающего сумматора, состоя ° последовательно соединенных сумматора, регистра и ключа, один из выходов которого подключен ко второму входу сумматора, причем выходы вбех накапливающих сумматоров через элемент ИЛИ подключены к преобразователю Фурье, состоящему из постоянного запоVминающего устройства и регистра, подключенных ко входам арифметического блока, выход которого соединен со входом регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены многовходовый сумматор, вычислитель дисперсии и последовательно соединеиные первый регистр числа, умножитель и второй регистр числа, выход которого подключен ко вторым входам всех канальных умножителей, третьи входы которых соединены с выходами своих накапливающих сумматоров, при этом выходы канальных умножителей соединены со входами многовходового сумматора, выход которого подключен ко второму входу вве- / денного умножителя, а вычислитель дисперсии включен между выходом многовходового сумматора и одним из входов элемента ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 550588, кл. G 01 R 23/00, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР №669295, кл. G 01 R 23/00, 1978.