Адаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длительности случайных сигналов

Адаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длительности случайных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области специализированной вычислительной техники и может использоваться для анализа случайных процессов в измерительных устройствах. Цель изобре тения - повьппение точности за счет автоматической настройки измерительного пооога по -уровням шумов. Схема устройства содержит два регистра, коммутатор, сумматоры, блок элементов НЕ и элемент НЕ, блок управле ния , элемент задержки. Соединенные в соответствии с алгоритмом функционирования устройства перечисленные узлы позволяют осуществить режим адаптации , по шумам, что обеспечивает повышение достоверности результатов за счет автоматического разделения 1 сигналов и шумов по заданному отношению сигнал/шум во всем рабочем диапазоне уровней сигналов. 2 ил. § сл ю со со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 06 F 15/36 С 01 R )9/00

»

;11, с, Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ анализа случайных процессов в измерительных устройствах. Цель изобре. тения — повышение точности за счет автоматической настройки измерительного пооога по .уровням шумов. Схема устройства содержит два регистра, коммутатор, сумматоры, блок элементов НЕ и элемент НЕ, блок управле ния, элемент задержки. Соединенные в соответствии с алгоритмом функционирования устройства перечисленные узлы позволяют осуществить режим адаптации по шумам, что обеспечивает повышение достоверности результатов за счет автоматического разделения,. с

;сигналов и шумов по заданному отношению сигнал/шум во всем рабочем диапазоне уровней сигналов. 2 ил.

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3595448/24-24 (22) 31.05.83 (46) 23.05.86. Бюл. N- 19 (72) С.К.Лопатин (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 442478, кл. G 06 F 15/36, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 920743, кл. G 06 F 15/36, 1982, Авторское свидетельство СССР

Ф 935972, кл. G 06 F 15/36, 1982. (54) АДАПТИВНОЕ ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к области специализированной вычислительной техники и может использоваться для

„„SU„,1233170 А 1

12 1 Т1

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике

v; может быть использовано для анализа случайных процессов в измерительных устройствах и н системах автоматизированной обработки сигналов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет автоматической настройки измерительного порога по уровням 10 шумов и -повышение точности настройки измерительного порога.

На фиг. 1 ттриведена схема предлагаемого устройства- ; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов. 15

Устройство содержит первый 1 и второй 2 сумматоры, элемент НЕ 3, блок 4 управления, первый 5 и втс>рой 6 регистры, коммутатор 7, блок

8 инверторов и элемент 9 задержки. 20

Позициями 10 и 11 обозначены соответственно входы информационный и синхронизации устройства, позициями

12 и 13 выходы параллельного дноич— ного кода длительности и амплитудно- 25

"..о значения и синхронизации.

Блок 4 управления содержит триггер 14 порога, счетчик 15, триггер

16 длительности„ триггер 17 комму.тации,элементы 18 и 19 задержки, элемент ИЛИ 20, элементы НЕ 21 и 22, первый 23, второй 24, третий

25, четвертый 26 и пятый 27 элементы И, На фиг. 1 двойными линиями обозначены линии связи для передачи параллельных кодов, при этом на вход

10 устройства поступают и †разрядн коды. Второй сумматор 2 и второй регистр 6 имеют па и разрядов., а первый сумматор 1 и первый регистр 5 имеют по (n+k) разрядов, причем на первые и третьи входы и-разрядного коммутатора 7 поступают коды со старших разрядов первого регистра 5. 45

Для определенности считается, что переключение тактируемых элементов памяти (триггер 14 порога, счетчик

15 и регистры 5 и 6) происходит по переднему фронту положительного им- пульса, поступающего на их входы синхронизации С, при этом изменения сигналов на их входах D после оконча— ния фронта импульса синхронизации не приводит к искажению информации, 5."> принятой в данном такте. Предпот>а! а,ется, что на входы 10 устройства периодически поступают коды положи7 (т 2 тель>т>тх чттсс 3! (Гтрлмы(кольт Л1П!), т РО El е т с т н у к>щи е у р а н т я и с т i Г н а.т! л н ли с кретные моменты времени, сопровождаемые сттгнс>лами синх1>анизации ня входе 11 устройства (фиг. 2). Излтеряемый импульсный сигнал заключен в интервале между моментами t и t4, а вне указанного интервала значения напряжений определяются характеристиками шума. Критерием для выделения сигнала является выполнение уславия превышения амплитуды текущих отсчетов нац средним уровнем шума в 2 раз.

Принцип работы устройства рассматривается при m=2. При этом для хранения среднего скользящего значения шума тта интервале усреднеК ния н 2 отсчетов используется первый регистр 5, а максимальное значение измеряемой величины (амплитуда импльса) фиксируется но втором регистре 6.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии регистры, счетчик и триггеры находятся тз нулевом ссстоянии (цепи начальной установки на фиг. 1 не показатть!). На третьем выходе блока 4 управления (инверсный выход триггера 17) дей-! ((( стнует сигнал логическаи 1, поступан>Тций! на третий вход управления коммутатора 7, пад действием которога нулевой кад с первого регистра

5 через третьи входы ХЗ коммутатора

7 поступает на блок 8 иннертаран.

Сбратный код числа с выходов блока

8 инвертарав поступает на первые входы второго сумматора 2, на вторых в(ходах которого прямой кад числа соответствует уровню шума н на«(( чальный момент t . Поскольку вход

Р переноса второго сумматора 2 пас-.,àÿííî подключен к источнику логической "1",, сумматор 2 выполняет

Операцию вычитания из входного кода устройства выходного кода коммутатора 7 (сложение прямого кода входного числа А с дополнительным ко( дом второго числа). Так как выходы перного р"-.lистра 5 подключены к третьим входам коммутатора 7 са сдвигам н сторону старших разрядов на

2 разряда, второй сумматор 2 выполняет зпенаТ(,ию:

4«п-Л -4«(;

1233

170 где Х; — текущее значение кода в первом регистре 5. В момент t, значение Х;=О, поэтому д > О, и на выходе Р„ переноса второго сумматора 2 вырабатывается сигнал логической "1", под действием которого триггер 14 порога в момент поступления положительного импульса на вход 11 устройства переключается в "1" состояние, Одновременно с этим триггер 17 ком- 10 мутации также устанавливается в "1" состояние, обеспечивая формирование сигнала "1" уровня элементов И 27.

При возбуждении второго входа управления коммутатора 7 последний передает через блок 8 инверторов код с второго регистра 6 на первые входы второго. сумматора 2, выполняющего операцию:

20 (2) д =А;-А (5) д„, =А.-Х,, 1

40 сигнал на выходе элемента И 23, вывабатываемь<й с задержкой относительно сигнала синхронизации, производит запись кода скользящего среднего значения шума, определяемого рекуррентным соотношением (6), в первый регистр 5. 1(оррекция среднего значения производится до момента пока выполняется условие (4).

В момент t< условие (4) не выполняется и триггер 14 порога переключается в нулевое состояние, устанавливая в нулевые состояния счетчик

15 и триггер 16 длительности. Несмотря на переключение триггера 14 где А — значение кода во втором pe<

Так как в исходном состоянии А =

Щ

=О, на выходе P переноса второго сум- 25 матора 2 вновь вырабатывается сигнал логической "1", поступающий на первый вход элемента И 24, на второй вход которого через элемент 18 задержки поступает сигнал синхрониза- 50 ции; под действием которого во второй регистр 6 записывается код А; с входных шин 10 устройства, С окон. чанием на входе 11 устройства импульса синхронизации через интервал времени, определяемый параметрами элемента 18 задержки триггер 17 коммутации переключается в исходное состояние.

По каждому следующему сигналу синхронизации, поступающему на вход

1-1, в устройстве выполняется описанная последовательность операций с той лишь разницей, что в каждом такте в счетчик 15 добавляется еди- 45 ница, а запись нового кода во второй регистр 6 происходит при выполнении условия:

А;> А (3)

Счетчик 15, измеряющий временной интервал, в течение которого в каждом такте работы устройства выполняется условие д„ъ О (4) 55 имеет период счета, превышающий максимальную длительность анализируемых сигналов. В момент t< на выходе счетчика 15 вырабатывается сигнал, свидетельствующий о том, что длительность интервала, в течение которого выполнялось условие (4), превышает допустимую величину, следовательно, выполнение условия (4) вызвано не наличием импульсного сигнала, а несоответствием первоначального измерительного порога фактическим условием работы. По сигналу переноса с0 счетчика 15 триггер 16 длительности устанавливается в "1" состояние, и с момента t начинается вычисление скользящего среднего значения шума.

При единичном состоянии триггера 16 через элемент ИЛИ 20 на вход элемента И 26 поступает сигнал разрешения, под действием которого возбуждается первый вход управления коммутатора 7. При этом на первые входы второго сумматора 2 поступает обратный код величины Х; с первого регистра

5. На выходе второго сумматора 2 формируется код разности:

Код разности д„поступает на вторые входы и младших разрядов первого сумматора I, на вторые входы старших разрядов и на вход переноса которого подается сигнал логической

"1" с элемента НЕ 3 при д,(О, и сигнал логического "О при д„.> О. Следовательно, на вторые входы первого сумматора 1 поступает в зависимости от знака разности либо прямой, либо дополнительный код этой разности, уменьшенный за счет сдвига разрядов в 2 раз. Значение кода на выходах

К первого сумматора 1 соответствует выражении:

А, — Х;

1 (6) <+<

1233170 порога выходной сигнал синхронизации (на выходе 13 устройства) не. вырабатывается из-за задержки сброса триггера 16. С момента t до момента t продолжается коррекция среднего значения в соответствии с выражением (6) за счет того,что триггер

14 порога в указанном интервале находится в нулевом состоянии, так как 10 ь„<0.

В момент t >. вновь выполняется условие (4) и работа устройства не отличается от его работы на начальном интервале от to до 1:„. При этом 15 значение скользящего среднего значе— ния в первом регистре 5 не меняется, а во второй регистр 6 записываются возрастающие значения .кодов импульсного сигнала. Код максимального зна- 20 чения измеренной амплитуды сигнала хранится во втором регистре б до момента его считывания (в момент t4), когда триггер 14 переключается в нулевое состояние. При этом, поскольку указанное переключение произошло раньше, чем счетчик 15 отсчитал максимальную длительность, триггер

16 длительности находился в нулевом состоянии, и на выходе элемента 30

И 25 вырабатывается выходной сигнал синхронизации, используемый для счи— тывания кода длительности со счетчика 15 и кода амплитудного значения со второго регистра б. После считывания указанных кодов через интервалы времени, определяемые параметрами элементов 9 и 19 задержки второй регистр 6 и счетчик 15 устанавливаются в исходное состояние. Начиная с 40 момента t4 устройство переходит в режим коррекции среднего значения,. который продолжается до появления следующего импульсного сигнала, когда после проверки условия (4) устройство переключается на режим измерения.

Возможные модификации устройства могут. заключаться в том, что помимо измерения амплитуды и длительности импульсных сигналов, в нем может производиться также определение моментов появления максимумов. Для этого в устройство необходимо ввести счетчик времени и во втором регистре 6 предусмотреть дополнительные разряды, подключенные к выходу счетчика времени, В этом случае одновременно с записью во второй регистр 6 кода вероятностного ,максимального значения в него . бу— дет записываться и код времени на всех отсчетах возрастающего участка сигнала до достижения точки максимума. Кроме того, для защиты устройства от возможных ошибок при уровнях шумов, превышающих предельно допустимые значения для выбранной разрядности элементов, в устройство может быть введен подключенныч к старшим разрядам первого регистра, 5 элемент ИЛИ, сигнал с которого свидетельствует о превышении допустимого уровня шума. В устройство могут быть введены также элементы, обеспечивающие вычисление измерительного порога, коэффициент пропорциональности которого по отношению к среднему значению шума отличен от величины 2, где ш — целое число, t11

Ф о р м у л а - и з о б. р е т е н и я

1. Лдаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длитель- ности случайных сигналов, содержашее первый и второй регистры, коммутатор и первый сумматор, выход суммы которого подключен к информационному входу первого регистра, выходы старших разрядов которого подключены к первой и второй группам информационных входов коммутатора и первой группе информационных входов первого сумматора, группа выходов второго регистра подключена к третьей группе информационных входов коммутатора и является группой выходов амплитуды устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет автоматической настройки измерительного порога по уровням шумов, оно содержит блок элементов НЕ, элемент задержки, блок управления, элемент НЕ и второй сумматор, первая группа входов которого соединена с группой выходов блока элементов НЕ, группа входов которого подключена к группе выходов коммутатора, первый, второй и третий управляющие входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управления, вторая группа входов второго сумматора обьединена с группой информационных входов второго ре-.

123 31 7() гистра и »»одключена к информационной шине устройства, группа выходов суммы второго сумматора подключена к группе младших разрядов второго вхо—

10 венно вторым, четвертым, пятым, шестым, первым и третьим выходами блока управления, входы синхронизации триггера порога и счетчика, а также вход установки "1" триггера коммутада первого сумматора, а вь1ход переноса второго сумматора подключен к первому входу блока управления непосредственно, а через элемент НЕ к группе старших разрядов второго входа первого сумматора и его входу переноса, вход синхронизации устройства соединен с вторым входом блока управления, четвертый и пятый выходы которого подключены к входам синхронизации соответственно первого и второго регистров, вход установки

"0" последнего из которых соединен с выходом элемента задержки, вход которого подключен к шестому выходу 2р блока управления и является синхронизирующим выходом устройства, седьмой выход блока управления является выходом длительности сигнала устройства. 25

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит счетчик, триггер длительности, триггер порога, первый, второй элементы задержки, первый и 30 второй элементы НЕ, элемент ИЛИ, пять элементов И и триггер коммутации, инверсный выход которого и выходы элементов И являются соответстции и вход первого элемента задержки объединены и являются вторым вхо— дом блока управления, выход первого элемента задержки подключен к входу установки "0" триггера коммутации и первым входам первого и второго элементов И, второй вход второго элемента И объединен с информационным входом триггера порога и является первым входом блока управления, прямой выход триггера порога соединен с управляющим входом счетчика непосредственно, а через второй элемент задержки — с входом первого элемента НЕ и первым входом третьего элемента И, выход первого элемента

НЕ подключен к входам установки "0" триггера длительности и счетчика, разрядные выходы которого являются седьмым выходом блока управления, а выход переноса соединен с входом установки "1" триггера длительности, инверсный выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, третий вход которого объединен с первым входом элемента ИЛИ и под1 ключен к инверсному выходу триггера порога, второй вход элемента ИЛИ соединен с прямым выходом триггера длительности, а выход элемента ИЛИ подключен к второму входу первого и к первому входу четвертого элементов

И непосредственно, а через второй элемент НŠ— к первому входу пятого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом четвертого элемента И z» подключен к прямому выходу триггера коммутации.

123 3170

Вход 77

Триггер 1б

Триггер f7

Вихор 13

Составитель Э. Сечина

Редактор С.Патрушева Техред В.Кадар Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3037

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4