Адаптивный анализатор спектра

Адаптивный анализатор спектра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву М 734740 (22) ЗаЯвлено 161179 (21) 2845162/18-24 с присоединением заявки М (ц883767 рцм. к .з

01 R 23/00

Государственный комитет

СССР ио деяам изобретений н открытий

{23) Приоритет

Опубликовано 231181 бюллетень М 43

Дата опубликования описания 23. 11. 81 (53) УДК 681.323 (088. 8) (72) Автор

В.И.Якименко (5 4 ) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенной для автома-. тизации исследований случайных процессов, распознавания и принятия решений по полученным оценкам вероятностных характеристик, например в акустике, биокибернетике.

По основному авт. св. 9 734740 известно устройство, содержащее блок принятия решений и коррелятор, входы которого объединены и являются входом анализатора, выходы коррелятора через блок переключателей соединены с соответствующими входами блока начальных сумматоров, выходы которых соединены с первой группой входов первого коммутатора, вторая группа входов которого подключена к первой группе выходов блока принятия решений, выход первого коммутатора соединен со входом линии задержки и со входом второго коммутатора, две группы выходов линии задержки соединены соответственно со входами третьего и четвертого коммутаторов, выходы второго, третьего и четвертого коммутаторов соединены с соответствующими входами многовходового сумматора, управляющие входы коррелятора первого коммутато ра и блока принятия решений соединены с соответствующими выходами блока управления, а управляющие входы второго, третьего и четвертого коммутаторов подключены ко второму выходу блока принятия решений. При этом блок принятия решений содержит измеритель интервала корреляции, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым счетчиками, выходы которых подключены ко входам соответствующих дешифраторов, выходы которых являются соответственно пер-, 15 вым и вторым выходами блока принятия решений (1) .

Однако, обеспечивая большой динамический диапазон амплитуд и разрешающую способность анализа для сиг20 налов различных классов, анализатор имеет большую погрешность вычисления, если верхняя частота анализа в 1,5 — 2 раза больше ожидаемой, так как увеличивается влияние

25 дискретности представления корреляционной функции на точность Фурьепреобразования, если верхняя частота меньше ожидаемой! — из-за усечения корреляционной функции до точки, 30 соответствующей интервалу корреляции, 883767 что приводит к смещению оценки Фурьепреобразования.

Цель изобретения — увеличение точности вычислений при расширении классов .исследуемых процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный анализатор спектра, введены экстраполятор, блок сравнения, блок формирования интервала времени вычислений, при этом вход экстраполятора соединен с первым выходом измерителя интервала корреляции, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования интервала времени вычислений, вход которого объединен 15 с управляющим входом коррелятора, выход блока сравнения соедииен со входом блока управления.

Н,а фиг. 1 приведена блок-схема адаптивного анализатора спектра; 20 .на Фиг. 2 а, б — иллюстрация влияния дискретности для различных классов сигналов; на фиг.2 и — характер увеличения погрешности вычислений для корреляторов с различным чис- 25 лом каналов; на фиг. 3 — блок-схема блока управления.

Адаптивный анализатор спектра содержит многоканальный коррелятор 1, выходы которого через канальные переключатели 2 соединены с блоком 3 возбуждаемых контуров, выходы которых соединены со входами соответствующих канальных сумматоров 4, выходы которых подключены ко входам первого коммутатора 5 и к вторым входам каждого последующего канального сумматора 4.

Б ход перного коммутатора 5 соединеEI со входам второго коммутатора

7 и через линию 6 задержки с 4О третьим и четвертым коммутаторами

8 и 9, выходы которых соединены с многовходовым сумматором 10.

Управляющие входы первого коммутатора 5 подключены к первому 45 выходу блока 12 принятия решений, а входы коммутаторов 7, 8 и 9 — ко второму выходу. При этом блок 12 принятия решений содержит измеритель

13 интервала корреляции, к выходам которого подключены последовательно соединенные счетчик 14, дешифратор

16 и соответственно счетчик 15, дешифратор 17, а выходы дешифратора

16 и 17 соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 12 .принятия решений, информационный вход которого соединен со входом многоканального коррелятора 1 и источником исследуемого сигнала.

Кроме того, к первому выходу из-. 60 ,мерителя 13 интервала корреляции подключен вход экстраполятора 18„ к управляющему входу коррелятора 1 подключен вход формирователя 19 интервала вр м ни вычислений. Выхо- Я ды формирователя 19 интервала времени вычислений и экстраполятора 18 соединены с первым и вторым входами блока 20 сравнения, выход которого соединен со входом блока ll управления, соответствующий выход которого соединен со вторым управляющим входом коммутатора 5 .

При этом блок 11 управления содержит коммутатор 21 знакового сигнала, подключенный к входу блока 11 управления, а выходы коммутатора

11 соединены соответственно со входами прямого и инверсного счета реверсивного счетчика 22, к выходу которого подключены последовательно соединенные преобразователь 23 кодчастота импульсов и делители 24 частоты.

Для автоматической аппаратуры анализа спектра свойственны 1 — 3 пробных измерения спектра — для получения некоторой информации о характере спектра и ожидаемой частотой области, так как при анализе сложных объектов такая априорная информация обычно отсутствует.

В известном устройстве отсутствие достаточной априорной информации привоцит к необходимости дополнительного выбора точки усечения.по вычисленной корреляционной функции, что приводит к другому недостатку, т.е. увеличению смешенности оценки спектра.

Целесообразно обеспечить для интервала корреляции t p соотношение Г т <,где 7я — время задержки, N — количество ординат корреляционной функции, что особенно критично для аппаратуры с небольшим количеством каналов (N 50 — 100).

Поэтому необходимо ввести в анализатор такие режимы адаптивного управления параметрами алгоритма работы, чтобы выполнялись условия оптимальности обобщенного критерия эффективности функционирования. Эти условия достигаются следящей под-. стройкой параметра в область значений 7 и автоматическим выбором точки усечения.

)адаптивный анализатор спектра осуществляет эти преобразования следующим образом.

Перед началом работы все блоки и устройства анализатора установлены в исходное состояние, переключатели

2 и ключи коммутаторов разомкнуты.

В реверсивном счетчике 22 блска 11 управления установлен код, определяющий начальный интервал дискретизации.

При подключении ко входу коррелятора 1 источника случайного сигнала

x(t) от блока 11 управления подаются управляющие импульсы дискретизации сигнала через интервал a t u формирования оценки корреляционной

88376/ функции В() в виде ряда m ординат, где m = О, 1, 2, ..., (N — 1) .

Одновременно сигнал x(t) поступает, на вход блока 12 принятия решений, содержащего измеритель 13 интервала корреляции, в котором формируется

5 значение м

При вычислении функции Й(P) и ее

Фурье-преобразования )(t) параметр

Ivzz Iопределяет область существования Ф, нкции R (С) .

Поэтому для осуществления процедуры приспособления параметров алгоритма дискретного преобразования

Фурье к реальному типу случайного сигнала текущие данные о формируемом I i I с первого выхода измерителя 13 интервала корреляции подаются на вход экстраполятора 18, который предсказывает значение " a — на

k шагов от текущего момента времени

n- dt. 26

С выхода экстраполятора 18 значение, о поступает на первый вход блока 20 сравнения, на второй вход которого от формирователя 19 интервала времени вычислений р подается величина образцового напряжения, пропорционального интервалу

Т =и ь

При выполнении соотношения

-Т ñ

Единичный импульс поступает на вход коммутатора 21 знакового сигна- 4О ла (фиг. 3), который подает этот импульс на определенный вход реверсивного счетчика 22 для увеличения или уменьшения значения кода, из которого в преобразователе 23 формируется соответствующее новое значение частоты импульсов. Эта частота делится в делителях 24 частоты, формируя новые последовательности управляющих импульсов для функциональных блоков.

При этом по команде от блока 11 управления в формирователе 19 интервала времени вычислений образуется новое значение (а на выходе экстраполятора 18 — значение I i t g)y

Их сравнение приводит к новому изменению шага дискретизации до тех пор, пока не будет удовлетворяться соотношение (1), после чего производится вычисление функции Й (i) при фО постоянной частоте дискретизации.

Благодаря этому все информативные ординаты корреляционной функции располагаются не на части интервала (О N-1) и не вне его (как на 65 фиг.2а,б),а строго в пределах этого интервала. При этом в счетчике 14 сформирован код, характеризующий величину i в счетчике 15 — характеризующйй величину 1/2 i < из которых формируются команды на соответствующих выходах блока 12 принятия решений.

Использование экстраполятора 18 позволяет ускорить сходимость процедуры поиска д, р (или д .gp ), а каждое очередное управление изменением шага p t эквивалентно переходу на график, характеризующий меHbllIHf погрешности ь S (фиг. 2в), т.е. эквивалентно увеличению количества

N каналов коррелятора 1..

Таким образом, в анализаторе . установлены оптимальные параметры алгоритма преобразования Фурье о< (-<» ;. (+)=1а.i,Е:: tk,m i)8„(tn ))eosqrngi< ф) где h, = 1 при q („— прямоугольная весовая функция.

Этот результат через первый выход анализатора подается на регистрацию (внешними устройствами) или в последующие блоки анализатора для сглаживания высокоселективным окном . Усеченная оценка спектра Qn(t) с выхода коммутатора S поступает в линию б задержки, к отводам которой подключены коммутаторы 8 и 9, а ко вхоцу ее подключен коммутатор 7, проходя через один из ключей, открытых в коммутаторах 7, 8 и 9 по команде от дешифратора 16, сигнал поступает на три из входов многовходового сумматора 10, на выходе которого Формируется сглаженный спектр, как и в известном устройстве.

Таким образом, автоматически решается задача обеспечения оптимальных условий минимизации методических погрешностей (фиг. 2в) в пределах допустимых lp Б за счет слежения за граничной точкой интервала представления корреляционной функции и ее совмещения с интервалом корреляции ц, за счет задания точки усечеййя в точке Т„, и за ,счет сглаживания спектра окном необходимой формы.

Вследствие этого, совокупный технико-экономический эффект от изобретения является существенным, так как известные анализаторы не позволяют автоматически и плавно управлять параметрами алгоритма вычисления спектра и корреляционной функции при автоматическом выборе точки усечения, перед началом каждого цикла вычислений для них требуется существенно большая априорная информация о классе сигнала и типе его корреляционной функции или про883767 ведение нескольких пробных экспериментов.

Формула изобретения

Адаптивный анализатор спектра по авт. св. 9 734740, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения точности при расширении классов исследуемых процессов., в анализа- тор введены экстраполятор, блок сравнения, блок формирования интервала времени вычислений, вход экстраполятора соединен с первым выходом измерителя интервала корреляции, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования интервала времени йычислений, вход которого объединен с управляющим входом коррелятора, выход блока сравнения соединен со входом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свицетельство СССР

9 734740, кл. G 06 G 7/52, 1978 (прототип) . !

883767

opal

Я цтрииро3аввмю

If

ВНИИПИ Заказ 102) 7/67 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4