Устройство выделения огибающей сигнала случайного процесса

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при обработке сигналов случайных процессов. Техническим результатом является представление информации об огибающей сигнала случайного процесса в виде двоичного цифрового кода с минимальной информационной избыточностью. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, формирователь импульсов, ОЗУ, порт, схему сравнения, триггеры, формирователи импульсов по спаду и элемент ИЛИ. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к анализу модулированных сигналов и может быть использовано в автоматике, радиотехнике и кодовых системах, например, замках, управлении бытовой техникой и цветовой визуализации музыкальных/речевых произведений.

Известен выделитель огибающей сигнала по а.с. N 1319239 H 03 D 1/06, 1984, содержащий совокупность элементов и связей, обеспечивающих выделение огибающей сигнала.

Недостаток данного устройства - наличие частотно-зависимых элементов.

Прототипом данного решения является аналого-цифровой преобразователь по патенту N 2024194 РФ, кл. H 03 M 1/48 1994, содержащий совокупность элементов и связей, обеспечивающих выделение момента изменения знака первой производной сигнала процесса для отсчета данных в текущий момент времени.

Недостаток данного устройства - избыточность данных для передачи огибающей сигнала, обладающих невысокой информационной ценностью.

Технический результат предлагаемого изобретения - оптимизация объема данных огибающей сигнала случайного процесса для передачи и представление в виде двоичного цифрового кода с минимальной информационной избыточностью.

Технический результат достигается тем, что в устройстве выделения огибающей сигнала случайного процесса, содержащее аналого-цифровой преобразователь, соединенный с входом устройства, введены соединение выхода аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выходом устройства чрез последовательно включенные формирователь импульсов, порт, схему сравнения, первый триггер, первый формирователь импульсов по сплаву, элемент ИЛИ, ОЗУ, кроме того выходная шина АЦП через порт подключена к ОЗУ и через последовательное соединение схемы сравнения, второго триггера, второго формирователя импульсов по сплаву - ко второму входу элемента ИЛИ, при этом выход формирователя импульсов через первый и второй триггеры связан с соответствующими входами ОЗУ.

Введение формирователя импульсов необходимо для построения сигнала определенной длительности и полярности из знакопеременного сигнала АЦП и достаточно для упрощения последующих блоков при выделении одной боковой составляющей (верхней или нижней) за счет задания режима работы: по фронту или спаду - постоянной формы.

Введение ОЗУ необходимо и достаточно для согласования скорости поступления данных об изменении огибающей с пропускной способностью канала передачи для последующей обработки, например, визуализации, синтеза звукового сигнала или введения в ПЭВМ.

Введение порта необходимо для фиксации предыдущего значения сигнала с выхода АЦП и достаточно для выполнения последующих операций, выполняемых схемой сравнения.

Введение схемы сравнения необходимо и достаточно для определения момента изменения знака du/dt огибающей путем формирования результата в виде потенциала на соответствующем выходе, являющегося основанием для принятия решения.

Введение первого и второго триггеров необходимо и достаточно для формирования двоичного цифрового кода о знаке du/dt огибающей, фиксацией сигналов со схемы сравнения сигналом формирователя импульсов.

Введение первого и второго формирователя импульсов по спаду необходимо и достаточно для выделения только одного знака переключения соответствующего триггера, используемого для фиксации в ОЗУ данных о знаке и уровне сигнала в момент изменения du/dt огибающей сигнала.

Введение элемента ИЛИ необходимо и достаточно для объединения сигналов с двух блоков на одном входе для фиксации ОЗУ данных о знаке и уровне сигнала в момент изменения du/dt огибающей сигнала.

Таким образом, совокупность введенных элементов и связей обеспечивает: считывание данных в виде цифрового двоичного кода об огибающей сигнала, содержащих до 95% информации о ней в каждом полученном отсчете и оптимизацию объема данных об огибающей сигнала случайного процесса для передачи и представление в виде двоичного цифрового кода с минимальной информационной избыточностью.

Объем считываемых данных достаточен для восстановления огибающей, например, при помощи формирователя сигнала сложной формы по патенту N 2022460 РФ.

На фиг. 1 - вариант структуру схемы устройства аналого-цифрового выделения огибающей сигнала случайного процесса, на фиг. 2 - временные диаграммы с примерами огибающих, поясняющие его работу.

Вход Вх устройства через последовательное соединение АЦП 1, формирователь импульсов 2, порт 4, схему сравнения 5, первый триггер 5, первый формирователь импульсов по спаду 7, элемент ИЛИ 8, ОЗУ 3 подключен к выходной шине Вых устройства. Выходная шина АЦП 1 через порт 4 подключена к ОЗУ и через последовательное соединение схемы сравнения 5, второго триггера 9, второго формирователя 10 импульсов по спаду связана со вторым входом элемента ИЛИ 8. Выход формирователя 2 через первый и второй триггера 6, 9 связан с соответствующими информационными входами ОЗУ 3.

В начальный момент времени t₀ входной сигнал на входе Вх АЦП 1 идентифицируется в соответствующем виде на выходах знак полярности сигнала фиг. 2 и данных на шине Вых. Формирователь 2 в зависимости от заданного алгоритма выделения (по спаду или фронту) выдает сигнал фиг. 2b, фиксирующий начальный уровень входного сигнала в порту 4 и полярность сигнала на одном из триггеров 6, 9. Параметры сигнала обеспечивают последовательное запоминание полярности знака du/dt, а затем фиксацию величины амплитуды. Полярность сигнала фиг. 2f определяется результатом схемы сравнения 5 с выходов "<", ">". Для огибающей фиг. 2a максимумы "+/-" это будет знак ">", для огибающей минимумы "-/+" это будет знак "<". Срабатывание триггера 6(9) инициирует сигнал на соответствующем формирователе 7, 10, который через элемент ИЛИ 8 фиксирует в ОЗУ 3 информацию: координаты и знак du/dt, а также на выход устройства.

Последовательность отсчетов в моменты времени 2, 4, 5, 8, 9, фиг. 2 обеспечивает считывание информации о верхней огибающей для передачи по каналу связи с выхода устройства.

Положительный технико-экономический эффект данного технического решения определяется: минимизацией объема - сокращение порядка 10, выделением информации огибающей сигнала в цифровом двоичном коде, обладающей наибольшей ценностью при минимальной избыточности, возможностью записи для хранения информации в цифровом виде без применения подвижных носителей, апробация проведена для речевого сигнала, минимально-необходимым объемом данных, достаточном для восстановления информации, возможностью микроэлектронного исполнения, т. к. отсутствуют частотно-зависимые компоненты, область применения технического исполнения не зависит от несущей частоты сигнала, что расширяет область применения.

Действие устройства проверено на макетах, выполненных на ИС серии 564, 140, а также промоделировано на ПЭВМ. Результаты макетирования проводились для АМ с несущей порядка 500 кГц, а моделирование - для несущей порядка 2 МГц. Для сравнения дееспособности устройства макетирование проводилось с электрокардиосигналом, в результате чего была построена дыхательная волна человека.

Результаты подтвердили работоспособность и эффективность для применения в различных областях.

Формула изобретения

Устройство выделения огибающей сигнала случайного процесса, содержащее аналого-цифровой преобразователь, соединенный со входом устройства, отличающееся тем, что в него введены соединение выхода аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с выходом устройства через последовательно включенные формирователь импульсов, порт, схему сравнения, первый триггер, первый формирователь импульсов по спаду, элемент ИЛИ, ОЗУ, кроме того, выходная шина АЦП через порт подключена к ОЗУ и через последовательное соединение схемы сравнения, второго триггера, второго формирователя импульсов по спаду - ко второму входу элемента ИЛИ, при этом выход формирователя импульсов через первый и второй триггеры связан с соответствующими входами ОЗУ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2