SU935814A1 - Устройство дл определени спектральных коэффициентов разложени случайного процесса по функци м Хаара - Google Patents

Description

Изобретен-ие относитс  к вычислительной , информационно-измерительной технике и автоматике, может быть использовано в рещиотехнике , акустике, аппаратуре дл  анализа широкополосных случайных или детерминированных сигналов и т.д. и предназначено дл  одновременного вычислени  коэффициентов ортогонального разложени  аналогового сигНсШа в базисе функций Хаара.

Известен анализатор спектра .по функци м Хаара, содержащий сумматоры , генератор функций Хаара, логические блоки 1.

Это устройство обладает достаточной сложностью ПЕИ вычислении эквивалентного числа коэффициентов разложени . .Параллельный метод обработки обуславливает использование в нем основных блоков, число которых пропорционально числу вычисл емых коэффициентов, что при больших значени х пор дка преобразовани  делает устройство слишком громоздким.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  анализатор спектра по функци м Уолта(функции Уолша и функции

Хаара стнос тка к одному классу кусочно-посто нных ортогональных функций), содержащий аналого-цифровой преобразователь, генератор импульсов , блоки регистрации коэффициентов , двоичный счетчик, регистры и блоки анализа. Каждый блок анализа содержит сумматор по ьлоду-шо два, блок свертки по модулю два и накапли10 вающий сумматор-вычитатель. Вход аналого-цифрового преобразовател   вл етс  входом устройства, а выход соединен с входами накапливающих сумматоров-вычитателей, выходы кото15 рых соединены с входами блоков регистрации . Выход генератора соединен с вторым входом преобразовател  и входом , двоичного 9четчика, выход которого соединен с nepBtif/iH входами полу20 сумматоров. Вторые входы гюлусумматоров соединены с выходами регистров соответственно. -Выходы полусумматоров соединены соответственно с входами блоков свертки по модулю два,

25 выходы которых соединены соответственно с управл ющими входами накапливающих cyм.1aтopoв-вычитaтeлeй. Это устройство в темпе преобразовани  входного аналогового сигнала в цифро30 вой код параллельным способом вычислчег коэффициптов сиектральн ло входного сигнала в базисе функцт Уолта Г 2 . Недостаток этшо устройства состоит в излешней сложности схемы,  вл ющейс  следствием параллельного способа вычислени  кс эффициентов . Цель изобретени  - упрощение уст ройства при сох1эаиении требуемой то ности вычислени  коэффициентов. I Поставленна  цель достигаетс  те что в устройство дл  определени  спектральных коэффициентов разложени  случайного процесса -по функци м Хаара, содержагдее аналого-цифровой преобразователь, информационный вхо которого  вл етс  входом устройства а уг1равл ю1ций вход объединен со вхо счетчика и подключен к выходу генер тора импульсов, п+1 накапливающих сумматоров-вычитателей, введены п-1 дифференцирующих звеньев и цифровой интегратор, управл ющий выход котор го соединен с выходом генератора им пульсов , а информационный выход под ключен к выходу аналого-цифрового преобразовател , выход цифрового ин тегратора соединен с первыми входами накапливающих сумматороввычитателей , разр дные выходы счетчика , кроме последнего, подключеннн ко входам соответствующих дифференцирующих , вторые входы накапливающих сумматоров-вьзчитателей , кроме первого, подключены к соответствуюси1м разр дным выходам счетчика, выходы дифференцирующих звеньев соединены с третьими входами соответствующих: накапливающих cyммaтopoв-вычитaтeJieй, кроме первых двух. Сущность предлагаемого изобретени  заключаетс  в одновременном (в смене цифрового интегрировани  значений входного сигнала) вычислении специальных коэффициентов Хаара с помощью п+1 накапливающих сумматоров-вычитателей. За счет использовани  аналитических свойств функций Хаара реализуетс  последовательно-параллелт .ный способ вычислени  коэффициентов Хаара, Коэффициенты С5 Фурье-Хаара дл  функции f(t) с интегрируемым квадратом и определенной на интервале 0; l3 вычисл ютс  по обобщенной формуле Фурье N-1U-i С.д- )dt - .S ; -S a,)dt --.S S.; ° c -- .) и (i) dt -- (j} I f (t)db.Vi j A-- 0 w-r - p .- 4--ill Л-1,,..., N , tp.., i 1 J где 1,2. ..,; :- n,l. . . , .(j) значение Функции Хаара ly (t) при fc j/N; - значение определенного интервала от f{t) па у ; р - номер группы функций Хаара (текущий пор док преобразовани ) . Функции Хаара присуще следующее войство. Среди 2° функций Хаара, принадлеащих группе с номером р, только ода функци  отлична от нул  на двоичом интеграле 6р . Следовательно, выисление коэффициентов Хаара дл  ункций одной группы можно осущестить с помощью одной и той же группы блоков, но в разное врем . Например, коэффициент Ср вычисл етс  к моменту окончани  первого двоичного отрезка f -Го- -i -1 2 р- J так как при f) значение функции Нр . Поскольку на данном двоичном отрезке только функци Нр (t)0, вычисленный коэффициент относитс  именно к этой функции. Затем вычисл етс  второй коэффициент Ср и так далее . Таким образом, получение нескольких коэффициентов Хаара фиксированной группы можно выполнить с помощью однбго накапливающего сумматорй-вычитател  по фop /Iyлe (1), осуществл   в опраделенные моменты времеt - i±iсъем накопленной СуМмы Р. 2 Ри обнуление накапливающего сумматора-вычитател  дл  подготовки его к вь5числению нового коэффициента. На отрезке Вр. , где функци  Хаара Пр. (t) не равна нулю, ее конкретное значение определ етс  по значению р-го разр да кода аргумента t) tp 0; { ь tp 1, где f t , tj,, . , . t р, t р. t. .- двоичные цифры, причем в общем случае . Моменты Времени to. соответствуют смене значени  (p-l)-ro разр да кода аргумента с на О или с О на и могут быть зафиксированы с помсщыо дифференцируюй1ето звена. Вычисление определенных интервалов S в устройстве осуществл етс  в, аифровом интеграторе по k значени м входного сигнала на каждом отрезке Ру,- . Работа цифрового интеграша основываетс  на применении формул численного интегрировани  (трапеции или Симпсона), обеспечивающих достаточно высокую гоччост1 VIHтегрировани  и, следовательно, вычислени  коэффициентов Фурье-Хаара. На фиг.1 показана блок схема пре лагаемого устройства; на фиг.2 то же, дл  случа  . Блок-схема (фиг.1) содержит анал го-цифровой преобразователь 1, гене ратор импульсов 2, цифровой интегра тор 3, двоичный счетчик 4, п-1 дифф ренцирующих авеньев 5 и п+1 накапл вающих сумматоров-вычитателей 6. Информационный вход аналого-цифрового преобразовател  1  вл етс  входом устройства. Выход генератора импульсов 2 соединен с управл ющим входом преобразовател  1, управл ющим входом цифрового интегратора 3 и входом двоичного счетчика 4. Шлход преобразовател  1 соединен с входом цифрового интегратора 3, а выход цифрового интегратора 3 соединен с информационными входами всех п+1 накапливающих сумматоров-- вычитателей 6. Выходы п старших раз р дов двоич1; ого счетчика 4 соединен соответственно с первыми управл ющи ми входами накапливающих сумматоров вычитателей б, имеющих пор дковые номера от 2 до п+1. Выходы п-1 стар ших разр дов двоичного счетчика 4 соединенЬ соответственно с входамидифференцирующих звеньев 5, выходы которых подключены соответственно к вторым управл ющим входам накапливающих сумматоров-вычитателей, имеющих пор дковые номера от 3 до п+1. Выходы накапливающих сумматоро вычитателей  вл ютс  выходами устройства . Первый накапливающий суг/матор-вы читатель работает только в режиме сумг-даровани . Остальные сумматоры-в читатели при поступлении на их первый управл ющий вход сигнала работает в режиме вычитани , а при поступлении сигнала О - в режиме суг/1мировани . При поступлении на второй управл ющий вход накапливающего сумматора-вычитател  импульса , сфорглированного дифференцирующим звеном, на накапливающем сум маторе-вычитателе устанавливаетс  нулевой код, а вычисленное на нем значение может быть считано с выхода этого сумматора-вычитател . Дифференцирующи е звень  предназначены дл  преобразовани  скачка потенциального сигнала на- выходе старших разр дов двоичного счетчика 4 в управл ющий шлпульс, который формируетс  при переходе данног разр да счетчика либо из в , либо наоборот из s О. Этот управл ющий импульс приводит накапливающий cyNtMaTOp-выч татель в исходное (нулевое) положение и фиксирует момент считывани  вычисленного значени  коэффициента с выхода данного накапливающего сумматора-вычитател . Частота импульсов, вырабатываемых генератором импульсов 2, выбираетс  равной T/KN, где Т - длительность входного сигнала, а k - требуемое число отсчетов сигнала на двоичном отрезке дл  достижени  необходимой точности вычислени  коэффициента Хаара. При поступлении тактового импульса на управл ющий вход преобразовател  1 происходит преобразование текущего значени  аналогового сигнала в цифровой код. Тактовые импульсы управл ют работой цифрового интегратора 3, который заканчивает вычисление очередного значени  определенного интеграла S через каждые k тактовых импульсов. Одновременно тактовые импульсы поступают на вход двоичного счетчика 4 и на каждомk-oM тактовом импульсе значение п-го старшего разр да двоичного.счетчика измен етс  на противоположное. Принцип работы блок-схемы устройства рассмотрим на примере схемы дл  . В исходном состо нии на двоичном.счетчике 4 и на всех накапливающих сумматорах-вычитател х б установлен нулевой код. Входной аналоотовый сигнал длительностью т секунд поступает на информационный вход аналого-цифрового преобразовател  1, где происходит преобразование сигнала в последовательность цифровых кодов. Цифровые значени , соответствующие отсчетам входного сигнала, поступают с периодом T/kN на информационный вход цифрового интегратора 3 . К моменту времени в цифровом интеграторе формируетс  значение определенного интеграла S, , а на первых четырех старших разр дах двоичного счетчика по-прежнему находитс  нулевой код. Значение Sj, поступает на входы п ти накапливающих сумматороввычитателей и добавл етс  к имеющимс  там нулевым кодам. К моменту времени t2.2T/N в цифровом интеграторе формируетс  значение определенного интеграла % , а на первых четырех старших разр дах двоичного счетчика устанавливаетс  код 0001. Значени  разр дов этого кода воздействуют на первые управл ющие входы накапливающих сумматоров-вычитателей с пор дковыми номерами от 2 до 5. Эти значени   вл ютс  значени ми первых функций Хаара каждой из четырех групп: Н (t) , H2.(t), H4(t), ) . Так как функци  Ho(t) тождественно равна единице, то первый накапливающий сумматор-вычитатель работает

только в режиме су.ммировани  и управл ющий вход ему не требуетс ,

В соответствии с действуюощми на первых управл ющих входах значени ми величина S добавл етс  к содержимому первих четырех накапливающих сумматоров-вычитателе-й и вычитаетс  из содержимого п того накапливающево сумматора-вычитател ,

К моменту времени в цифровом интеграторе формируетс  значение Зд, а на первых четырех старших разр дах двоичного счетчика устанавливаетс  код 0010. Изменение значени  третьего разр да вызывает по вление на выходе первого по пор дку дифференцирующего звена импульса, который служит сигналом дл  считывани  значенл  вычисленног коэффициента Cg и приведени  п того накапливающего сумматора-вычитател  в исходное (нулевое) состо ние . В соответствии с кодами на первых управл ющих входах накапливающих сумматоров-вычитателей значение S2 добавл етс  к содержимому второго , третьего и п того накапливающих сумматоров-вычитателей и вычитаетс  из содержимого четвертого накапливающего сумматора-вычитател . Таким образом, после очистки п того накапливающего сумматора-вычитател  он сразу же в текущем такте работы принимает очередной код, поступающий с выхода цифрового интегратора.

В момент времени t 4T/N считываютс  значени  вычисленных коэффициентов С и Сд. Дальнейша  работа схемы устройства протекает аналогично .

К моменту времени Т на накапливающих суг/ маторах-вычитател х с пор дковыми номерами от 1 до 5 формируютс  последние коэффициенты каждой из групп: С, , С , С., С ,

с

Таким образом, применный последовательно-параллельный принцип работы устройства определ ет формирование коэффициентов фиксированной группы на одном и том же накапливающем cyMiviaTope-вычитателе, но в разное врем . Дл  этого в схеме устройства имеютс  блоки, реализующие надлежащее управление работой

накапливающих сумматоров-вычитателей .

В описанном устройстве упрощение его схемы выражаетс  в том, что дл  вычислени  коэффициентов требуетс  лишь п+1 накапливающих сумматоров-вычитателей п-1 простейших дифференцирующих звеньев, а в известном устройстве 21 дл  вычислени  того же числа коэффициентов используетс  в общей сложности 2 накапливающих сумматороб-вычитателей, 2И регистров, 2 блоков свертки и 2 сумматоров по модулю два.Формула изобретени 

Устройство дл  определени  спектральных коэффициентов разложени 

случайного процесса по функци м Хаара содержащее аналого-цифровой преобразователь , информационный вход которого  вл етс  входом устройства, а управл ющий вход объединен с входом счетчика и подключен к выходу генератора импульсов, п+1 накапливающих сумматоров-вычитателей , о т л и ч а ющ е е с   тем, что, с целью упрощени  устройства, в него введены п-1

дифференцирующих звень ев и цифровой интегратор, управл ющий выход которого соединен с выходом генератора импульсов, а информационный выход подключен к выходу аналого-цифрового преобразовател , выход цифрового интегратора соединен с первыпи входами

накапливающих сумматоров-вычитателей, разр дные выходы счетчика, кроме последнего, подключены к входам соо,тветствующих дифференцирующих звеньев,

вторые входы накапливающих сумматоров-вычитателей , кроме первого, подключены к соответствующим разр дным выходам счетчика, выходы дифференцирующих звеньев соединены с трет

тьими входами соответствующих накапливающих сумматооов-вычитателей, кроме первых двух.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 588544, кл. G 01 R 23/16, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 640305, кл. G 01 R 23/16, 1977.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Устройство для определения спектральных коэффициентов разложения случайного процесса по функциям Хаара содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является входом устройства, а управляющий вход объединен с входом счетчика и подключен к выходу генератора импульсов, п+1 накапливающих сумматоров-вычитателей, о т л и ч ‘а ю— щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены п-1 дифференцирующих звеньев и цифровой интегратор, управляющий выход которого соединен с выходом генератора импульсов, а информационный выход подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, выход цифрового интегратора соединен с первыми входами накапливающих сумматоров-вычитателей, разрядные выходы счетчика, кроме последнего, подключены к входам соответствующих дифференцирующих звеньев, вторые входы накапливающих сумматоров-вычйтателей, кроме первого, подключены к соответствующим разрядным выходам счетчика, выходы дифференцирующих звеньев соединены с тре-> тьими входами соответствующих накапливающих сумматооов-вычитателей, кроме первых двух.