Адаптивный анализатор спектра

 

М. Б. Столбов, В. И. Якименко, А. Ф. Бульбанюк и А; П. Рязанов (72) Авторы изобретения

1 ч " т

Ленинградский ордена Ленина электротехн ский. институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (71) Заявитель (54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к электроизмернтель. ной технике и может быть использовано для анализа вероятностных характеристик случайных процессов.

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

его недостатком является малая точность измерения.

Наиболее близким ло технической сущности к данному изобретению является анализатор, содержащий квантователь, блок задержки, N + 1 каналов умножителей с накапливающими сумматорами, элемент ИЛИ и преобразователь Фурье (2J.

3S

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

Цель изобретения — повышение точности

20 измерений.

Эта цель достигается за счет того, что в адаптивный анализатор спектра, содержагций квантователь, подключенный к блоку задерж2 ки, выходы которого подключены к N + 1 параллельно включенным каналам, каждый нз которых состоит из умножителя, соединенного со входом накапливающего сумматора, состоящего из последовательно соединенных сумматора, регистра и ключа, один из выходов которого подключен ко второму входу сумматора, причем выходы всех накапливаю- . щих сумматоров через элемент ИЛИ подключены к преобразователю Фурье, состоящему из постоянного запоминающего устройства и регистра, подключенных ко входам арифметического блока, выход которого соединен со входом регистра, дополнительно введены многовхфовый сумматор, вычислитель дисперсии и последовательно соединенные первый регистр числа, умножнтель и второй регистр числа, выход которого подключен ко вторым входам всех канальных умножителей, третьи входы которых соединены с выходами своих накапливаюгцих сумматоров, при этом выходы канальных умножителей соединены со входами многовходового сумматора, выход которого подключен ко второму входу введенного

3 95117 умножнтеля, а вычислигель дисперсии включей между выходом многовходового сумматора и одним из входов элемента ИЛИ, На чертеже представлена структурная схема анализатора. 5

Анализатор содержит квантователь 1, блок

2, задержки, состоящий из регистров 2.1 -2.N умножители 3,1 — 3N + 1, накапливающие сумматоры 4.1 — 4.N. + 1, элемент 5 ИЛИ, преобразователь 6 Фурье, состоящий из постоянного эапоминаюшего устройства 7, арифметического блока 8 и регистра 9. В анализатор входят гакже регисгр 0 числа, дополнительный умножитель 11, второй регистр 12 числа, многовходовой сумматор 13 и вычислитель 14 дисперсии.

При этом накапливающие сумматоры 4,1 — 4.N+1 состоят из сумматора 15, регистра 16 и клю-. ча 17.

Анализатор спектра работает следующим образом. 20

В исхсдном состоянии все блоки "обнулены", в регистр 10 числа "записан" коэффициент д = const, выбранный из условия р = L О„, где 0„— дисперсия процесса x(t); L — число отсчетов процесса, по которым вычисляется спектр. Р. регистр 16 накапливающего сумматора 4.1 "записан" коэффициент Чд „= 1, а в .. регистрах 16 остальных N + 1 накапливающих сумматоров первоначально устанавливаются весовые коэффициенты Vo = О. !

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.

Первый цикл обработки начинается со считы-З> вания массива из N регистров сдвига 2 и очередного 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 коэффициенты, В умножителях 3 соответствующие элементы массивов перемножаются и поступают далее на входы многовходового сумматора 13, в котором формируется сумма.

К 1Ч -1

Ео = E xoi Voi = woo + xoi VI

1=1 1=1

Полученное значение Ео, характеризую1цФ ошибку 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 Ко "записывается" во второй регистр 12 числа, после чего зто число считывается с регистра 12 числа на третьи входы умножителей 3.1 — З.N+1.

Одновременно на первые входы умножителеи 3 из блока 2 задержки считываются отсчеты хо;. В результате перемножения формируются корректирующие поправки ЬЧо; = д Е. о, . хо к записанным в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4 коэффициентам. С выходов умножителей 3 эти поправки поступают на входы сумматоров 15 соответствующих накапливаюших сумматоров 4, в результате чего на входе сумматоров 15 формируются

"обновленные" значения ряда весовых коэффициентов (для последующего 2-го цикла обработки)

Ч,; = Voi + <, Хо

Этим завершается первый цикл обработки.

После этого считывается следующий отсчет, а записанные в регистрах сдвига 2 значеI ния сдвигаются в следуюшие 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 соответствуюших умножителей 3, при этом на вторые входы умножителей 3 с выходов накапливающих сумматоров 4 подаются значения весовых коэффициеггтов, сформированных на предыдушем (к — 1)ом цикле. В умножителях 3 соответствующие элементы массивов перемножаются и поступают далее на входы многовходового сумматора 13, в котором формируется сумма и

1Полученное значение Е поступает на вход вычислителя 14 дисперсии. Вычислитель 14 дисперсии позволяет вычислять дисперсию процесса в скользящем временном окне. Число Як также поступает на второй вход умножителя

11, на первый вход которого из регистра 10 числа поступает число ц . Произведение ц Е„

"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 х1,1, в результате перемножения формируются корректирующие поправки ЬЧ ;

= p Е„х ; 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, 5 9511

Каждый цикл "повышает" качество оценки весовых коэффициентов, улучшая ее статистические свойства (уменьшая дисперсию и смещение), следовательно, улучшая свойства оценки энергетического спектра. 5

После некоторого количества таких циклов, необходимых для адаптивного автоматического согласования весовой функции Ы с классом случайного процесса, весовые коэффициенты из ряда накапливающих сумматоров 4 по- 16 следовательно, через соответствующие входы элемента 5 ИЛИ поступают в регистр 9 преобразователя 6 Фурье.

При этом на второй вход арифметического блока 8 из постоянного запоминающего устрой-1ч ства 7- поступают отсчеты гармонической функции е, которые перемножаются в арифметическом блоке 8 с рядом соответствующих весовых коэффициентов, формируя значения амплитудного спектра А (<<). После вычислер ния .очередного значения A (u) ) оно в арифметическом блоке 8 возводится . в квадрат, а в регистр 9 при этом с выхода вычислителя 14 дисперсии подается нормирующнй коэффициент ЭЕ, характеризующий дис-iS персию входного процесса. В арифметическом блоке 8 производится деление значения дисперсии, поступающего нз регистра 9, на значение ) А, (ы„)) . в результате чего вычисляется значение m-ой ординаты энергетического спектра Бр(ч> ), поступающей на выход 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 5 „(и „,), соответствующие текущему момейту 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 (мэ ) с большим количеством точек.

Таким образом, предлагаемый адаптивный анализатор спектра реализует новую вычислительную процедуру с адаптивным автоматическим формированием такой важной в оценивании спектра характеристики как слектраль72 d ное "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 сигналов N=20) Адаптивные рекурсивное вычисление весовых коэффициентов позволяет реализовать их вычисление без обращения матрицы, а выбором значения р задается участок перестройки параметров анализа, т.е. участок .оценивания "текущего" спектра, что также способствует высокой точности его вычислений.

Формула 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, состоящего из последовательно соединенных сумматора, регистра и ключа, один из выходов которого подключен ко. второму входу сумматора, причем выходы в"ех накапливающих сумматоров через элемент ИЛИ подключены к преобразователю Фурье, состоящему из постоянного запоминающего устройства и регистра, подключенных ко входам арифметического блока, выход которого соединен со входом регистра, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены многовходовый сумматор, вычислитель дисперсии 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 накапливающих сумматоров, при этом выходы канальных умножителей соединены со входами многовходового сумматора, выход которого подключен ко вгорому входу вве- >

I 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 М 550588, кл. G 01 R 23/00, 1976.

2; Авторское свидетельство СССР У 669295, кл. G 01 R 23/00, 1978.