Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для анализа спектральных характеристик в условиях малой априорной информации о классе исследуемых случайных процессов Цель изобретения - повышение точности измерения спектра. Достигается путем введения в устройство регистра 6 коэффициента , блока 7 коммутации, блока 8 деления и образования новых функциональных связей . Кроме того, устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1. решетчатый адаптивный фильтр 2, измеритель 3 дисперсии, Фурье-преобрэзователь 4, блок 5 формирования микрокоманд. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 R 23/16
ГОСУДАРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
>Ei К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4652516/21 (22) 17,02.88 (46) 30.10.91. Бюл. ¹ 40 (71) Горьковский политехнический институт (72) Д.Ю,Акатьев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ¹ 1275315, кл. G 01 R 23/16, 1985. (54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА С ЛИНЕЙНЫМ ПРЕДСКАЗАНИЕМ (57) Изобретение относится к рэдиоизмерительной технике и может быть использовано, для анализа спектральных характеристик в Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использо- вано для анализа спектральных характеристик в условиях малой априор-ной информации о классе исследуемых сл уча йн ых и ро цессо в. Целью изобретения является повышение точности измерения спектра. На фиг, 1 представлена структурная схема анализатора спектра; на фиг. 2 — структурная схема решетчатого адаптивного фильтра. Адаптивный анализатор спектра (фиг. 1) содержит входной аналого- цифровой преобразователь 1, решетчатый адаптивный фильтр 2, измеритель» 3 дисперсии, Фурьепреобразователь 4, блок 5 формирования микрокоманд, регистр 6 коэффициента, блок 7 коммутации, блок 8 деления, Выходы аналого-цифрового преобразователя 1 и регистра б коэффициента соединены с первым „„, Ж„„1688185 А1 условиях малой априорной информации о классе исследуемых случайных процессов. Цель изобретения — повышение точности измерения спектра. Достигается путем введения в устройство регистра 6 коэффициента, блока 7 коммутации, блока 8 деления и образования новых функциональных связей. Кроме того, устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1. решетчатый адаптивный фильтр 2, измеритель 3 дисперсии, Фурье-преобразователь 4, блок 5 формирования микрокоманд, 1 з,п. ф-лы, 2 ил. и вторым входами блока 7 коммутации, выход которого подключен к входу решетчатого фильтра 2. Первый выход фильтра 2 соединен с входом измерителя 3 дисперсии, а второй — с входом Фурье- преобразователя 4, Выходы измерителя 3 дисперсии и Фурье- преобразователя 4 подключены к входам блока 8 деления, выход которого является выходом анализатора спектра. Первый выход блока 5 формирования микрокоманд соединен с управляющим входом аналого- цифрового преобразователя 1. Зторой выход блока 5 подключен к управляющим входам блока 7 коммутации и регистра 6 коэффициента. Третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы блока S соединены с входом адресации, первым, вторым, третьим и четвертым управляющими входами решетчатого фильтра 2. Восьмой, девятый и десятый выходы блока 5 подключены соответственно к управляю1688185 Ь1,L = bo,L (11,! Го, L-1 ! 1,L =- г0, L-1- -(IL2 Ь,L + bm, 1=1 rm-1Л=2) щим входам измери!.еля 3 дисперсии, Фурье-г!реабразовател 4 и блока 8 делеНИЯ, Решетчатый адаптивный фильтр 2 (фиг, 2) содержит M идентичных последовательно саефлнен!!ых звеньев 9-1-9-М, Каждое звено садер>кит блоки,0--12 задержки, элемент ИЛИ 13, блоки 14-17 умножения, сумматоры 18 — 21; масштабный усилитель 22, Вход сумматора IB, первые входы блоков 14 и 15 умножения соединены и являются первым информационным входом звена, Вторым инфаpMGLIèoííûì BÕÎ (ÑM !(ÎòopÎга ЯВлйютсЯ ОбьеДине нные ВхбДы блоков 10 и 12 задержки. Первый и второй информационные входы звена 9-1 объединены и являются информационным входом решетчатого фильтра 2, Выходы блоков 10 и 12 задержки через элемент ИЛИ 13 соединены с первыми входами сумматора 19 бло!<ов 16 и 17 умножения, Выхсды блока!в 15 и 16 умножения подключены к первому и в!ара му входам сумматора 20, выход которого через масштабный усилитель 22 соединен с первым входом сумматора 21, выход последнего подключен к !вторым входам блоков 14 и 17 умножения и входу блока 11 задержки. Bb!) Вторым входом сумматора 21, Выход би>ка 17 умно>кения подклю !ен к вгораму входу сумматора 18, выход которого саедине-. вторым ьходом блока 15 умножения и является первым вьхадсм звена 9, Выход блока 14 умножения пад<л!о-:ен к второму входу ;.уммзтара 19, выход катарага саед!г!не;! с вторым входом блока 15 умнаже!!ия и яьляется вторым выходам звена 9. Первый выход звена 9-М, подключенный к входу квадратора 23, является вторым выходам решетчатого фильтра. Второй выход звена 9-M соединен со входам квадратара 24, Выхоцы квадраторов 23 и 24 подключены к входам сумматора 25, выход которого является первым выходом решетчатого адаптивного фильтра 2. Адресный вход фильтра 2 соединен в каждом звене с. управгяю<ц!!Ми входами блоков 14 и 17 умножения, Первый управляющий вход решетчатого фильтра 2 соединен с управляющими входами блоков 15 и 16 умножения. Второй, третий и четвестый управляющие входы решетчато-а фильтра 2 соединен ы соответственна с управляющими входами блоков 11-1!2 задержки. Анаг!изатор производит измерение за три этапа; вычисление коэффициентов ч ватной корреляции и дисперсии, вычисление коэффициентов линейнога предсказания, расчет квадрата змпли!тудна частотной хс! 2Г, 1! 3 рактеристики решетчатого фил тра 2 и спектра. Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием работает следук>щим образом, В исходном состоянии в блоке 5 формирования микрокоманд (фиг, 1) установлены начальные условия. Предварительно также в регистр 6 постоянно записан коэффициент So = l, а в блоки умножения 14 — 17, блоки 10, 12 задер>кки адаптивного решетчатого фильтра 2 (фиг. 2) записаны нули. На этапе измерения спектра на вход анализатора подается исследуемый сигнал х(1), а в блоке 5 формирования микрокоманд на первом выходе вырабатывает тактовый сигнал, который поступает на управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 1, Полученный отсчет х! с выхода преобразователя 1 поступает на первый вход блока 7 коммутации. Одновременно на управляю-! ций вход последнего подается нулевой потенциал С1 с второго выхода блока 5, разрешающий передачу отсчета х! на выход блока 7 и далее на информационный вход В решетчатого адаптивного фильтра 2. В фильтре 2 отсчет х! поступает в первое звено 9-1 на первый сумматор 18 и первый блок l0 задержки, а также на первые входы блоков 14 и 15 умножения, В соответствии с адресом А = 1, поступающем с третьего выхода блока 5 формирования микрокоманд, на первом и втором выходах первого звена 9-1 формируются ошибки Ь1,! и r1,! предсказания "вперед" и "назад" по соотношениям Ошибки пРЕдСказаний bm,L, m,L, m = 2,M звеньев 9-2-9-M формируются аналогично по соответствующим адресам А = 2, 3, .„, M. При этом коэффициент частной корреляции qm L ВЫЧИСЛЯЕТСЯ ОДИНаКОВО ВО ВСЕХ ЗВЕНЬях 9-m(и :=- 1-M) во втором, третьем блоках 15, 16 умножения, третьем, четвертом сумматорах 20, 21, масштабном умножителе 22 и втором блоке 11 задержки по соотношению Цп!,! = (Im, L-1 +ф (Га,!.-1 bm-1 !=1+ при последовательном поступлении с выхо,qadi бгока 5 формирования микрокоманд на управляющие входы решетчатого филь!ра 2 1688185 импульсов С2, СЗ, С4. На практике Ввыбирается в пределах от 0,1 до 1, Ошибки предсказания bm,p, rm,L с выходов последнего звена решетчатого фильтра 9-М возводятся в квадрат и сум- 5 мируются в квадраторах 23, 24 и пятом сумматоре 25. С первого выхода фильтра 2 ошибка ем.р =(Ьм,L + r,L,) поступает на 2 2 2 вход измер -: еля 3 дисперсии, который реализует функцию о(= o i i + eM,L . На II 2 2 этапе по коэффициентам частной коррекции q,L, m = 1,М вычисляют коэффициент линейного предсказания Am,L, m = 1,М, Коэффициенты линейного предсказания для решетчатого фильтра 2 являются 15 отсчетами его импульсной характеристики при установленных в каждом звене 9-m значениях qm,L, m = 1,М, То есть íà II этапе значения коэффициента qm,L не изменяют- „ ся. Также в каждом блоке 10 задержки со- 20 храняется значение ошибки rm,L-t для предыдущего отсчета х, а для работы фильтра 2 на 2-м этапе используется блок 12 задержки, управляемый импульсами С5 с блока 5. Вычисление импульсной характеристики решетчатого фильтра 2 осуществляется по единичному импульсу С1, поступающему с второго выхода блока 5 формирования микрокоманд на управляющие входы реги- 30 стра 6 коэффициента и блока 7 коммутации. С выхода регистра 6 код коэффициента S поступает на второй вход блока 7 и с выхода последнего — на вход В решетчатого фильтра 2, в котором в соответствии с адре35 сами А = 1, 2...M, аналогично работе на первом этапе, осуществляется вычисление значений на первом и втором выходах звеньев 9-1 — 9-М, В отличие от первого этапа управляющие импульсы С2, СЗ, С4 не выда. 40 ются блоком 5, что позволяет не изменять на втором этапе значения qm,ь rm,L-1 m= 1,M. Всего с выхода 2 блока 5 на втором этапе на входы регистра 6 и блока 7 поступает (M+ 1) управляющий единичный импульс С1. На вход В фильтра 2 с выхода блока 7 поступают последовательно (M+1) коэффициенты, причем первый равен S< = 1, а остальные М равны "0".. На выходе решетчатого фильтра 2 формируется (M+ 1) значение коэффициентов линейного предсказания А.L, m = О,М, где А,L = 1, которые поступают на вход Фурье-преобразователя 4 и записываются в него по импульсам, поступающим с восьмого выхода блока 5 на уп равл я ющий вход и рео6 разо вателя 4. Третий этап вычисления спектра начинается в момент окончания формирования (M+1)-ro коэффициента Ау,L. При этом прекращается формирование кодов адресов А" и управляющих импульсов С1 и С5. Фурье-преобразователь 4, который работает, например, по известной подпрограмме быстрого преобразования Фурье (БПФ) или по аппаратно- ориентированному принципу (аналогично серийному Фурье- преобразователю Хб-8) осуществляют вычисление ря да квадратов коэффициентов Фурье, являющимися квадратом амплитудно-частотной характеристики решетчатого фильтра M-го порядка Кi (f}. С выхода Фурье-преобразователя 4 значения К (f) поступают на первый вход блока 8 деления, на второй вход которого приходит значение дисперсии о с выхода измерителя 3. По импульсам, поступающим с 9 выхода блока 5 на управляющий вход блока 8, происходит вычисление оценки спектра по соотношению GL(f) = от /KL (f). После прихода следующего отсчета к +1 вычисление спектра начинается с ) этапа. Формула изобретения 1, Адаптивный анализатор спектра с линейным предсказанием, содержащий последовательно соединенные решетчатый адаптивный фильтр, измеритель дисперсии, второй вход которого соединен с первым выходом блока формирования микрокоманд, второй выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы — с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами решетчатого адаптивного фильтра, восьмой выход — с первым входом Фурье-преобразователя, второй вход которого подключен к второму выходу решетчатого фильтра, информационный вход аналого- цифрового преобразователя соединен с входом устройства, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения спектра, в йего введены регистр коэффициента, блок коммутации и блок деления, при этом выход аналогоцифрового преобразователя подключен к :ервому входу блока коммутации, с вторым входом которого соединен выход регистра коэффициента, выход блока коммутации подключен к шестому входу решетчатого адаптивного фильтра, выходы измерителя дисперсии и Фурье преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами блока деления, третий вход блока коммутации и вход регистра командобьединены и соединены cдевятым выходом блока формирования микрокоманд, десятый выход которого соединен с третьим входом 1688185 блока деления, а его выход подключен к выходу устройства. 2 Анализатор по и. 1, отл ича ю щи йс я тем, что решетчатый адаптивный фильтр выполнен в виде М идентичных последовательно соединенных звеньев, первого и второго квадраторов и сумматора, входами соединенного с выходами квадраторов, а выходом — с первым выходом фильтра, каждое из М звеньев состоит из первого, второго и третьего блоков задержки, элемента ИЛИ, первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, масштабного усилителя, при этом первый вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене соединен с управляющими входами первого и четвертого блоков умножения, выход четвертого блока умножения через последовательно соединенные первый сумматор, третий блок умножения, третий сумматор, масштабный усилитель и четвертый сумматор подключен к вторым входам первого и четвертого блоков умножения и первому входу третьего блока задержки, второй вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене соединен с первым входом второго блока задержки, выход которого через элемент ИЛИ подключен соответственно к первому входу второго сумматора, второму входу третьего блока умножения и третьему вход",четвертого блока умножения, третий exoq решетчатого адаптивного фильтра B каждом звене соединен с третьим входом третьего блока 5 умножения и первым входом второго блока умножения, выход последнего подключен к второму входу второго сумматора, четвертый вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене через третий блок задержки 10 соединен с вторым входам четвертого сумматора, пятый вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене через первый блок задержки соединен с вторь1м входом элемента ИЛИ, выход второго сумматора 15 подключен к BTGpol входу второго блока умножения, шестой вход решетчатого адаптивного фильтра в каждом звене подключен к вторым входам первого сумматора, первого и второго блоков задержки и к третьим 20 входам первого и второго блоков умножения, первый и второй выходы каждого звена подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, первый выход М-го звена соединен с вторым выходом ре25 шетчатого адаптивного фильтра и с входом первого квадратора, второй выход M-ro звена подключен к входу второго квадратора, а второй выход устройства подключен к входу первого квадратора. 1688185
