SU951172A1

SU951172A1 - Adaptive spectrum analyzer

Info

Publication number: SU951172A1
Application number: SU813237221A
Authority: SU
Inventors: Михаил Борисович Столбов; Владимир Иванович Якименко; Анатолий Федорович Бульбанюк; Анатолий Павлович Рязанов
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Электротехнический Институт Им.В.И.Ульянова/Ленина/
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1981-01-19
Publication date: 1982-08-15

Description

1one

Изобретение относитс к электроизмерительной и может быть использовано дл анализа веро тностных характернстнк случайных процессов.The invention relates to electrical measuring and can be used to analyze the likelihood characteristics of random processes.

Известен анализатор, содержащий р д каналов с управл емыми фильтрами и дисперснометры , выходы которых соединены с входами блока выбора номера канала 1 .A known analyzer contains a series of channels with controlled filters and dispersometers, the outputs of which are connected to the inputs of the channel number selection block 1.

Его недостатком вл етс мала точность измерени .Its disadvantage is the low measurement accuracy.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению вл етс анализатор, содержащий квантователь, блок задержки, N + 1 каналов умножителей с накапливающими сумматорами, элемент ИЛИ и преобразователь Фурье 21.The closest in technical essence to the present invention is an analyzer comprising a quantizer, a delay unit, N + 1 multiplier channels with accumulating adders, an OR element, and a Fourier transducer 21.

Однако точность анализа его недостаточна при небольшом числе вычисл емых ординат функций коррел ции.However, the accuracy of its analysis is insufficient with a small number of calculated ordinates of the correlation functions.

Цель изобретени - ловыщение точности измерений.The purpose of the invention is to gauge measurement accuracy.

Эта цель достигаетс за счет того, что в адаптивный анализатор спектра, содержащий квантователь, ггодключенный к блоку задержки , выходы которого подключены к N + 1 параллельно включенным каналам, каждый из которых состоит из умножител , соединенного со входом накапливающего сумматора, состо щего из последовательна соединенных сумматора, регистра и ключа, один из вы-, ходов которого подключен ко второму входу сумматора, причем выходы всех накапливаю- . щих сумматоров через элемент ИЛИ подключены к преобразователю Фурье, состо щему из This goal is achieved due to the fact that an adaptive spectrum analyzer containing a quantizer, year connected to a delay unit, the outputs of which are connected to N + 1 channels connected in parallel, each of which consists of a multiplier connected to the input of the accumulating adder consisting of series-connected an adder, a register and a key, one of the outputs of which is connected to the second input of the adder, and the outputs of all are accumulating. through the element OR are connected to the Fourier transducer consisting of

10 посто нного запоминающего устройства и регистра , подключенных ко входам арифметического блока, выход которого соединен со входом регистра, дополиительно введены кшоговх овый сумматор, вычислитель дисперсии 10 permanent memory and register, connected to the inputs of the arithmetic unit, the output of which is connected to the input of the register, are additionally entered into a short-circuit adder, dispersion calculator

15 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 15 and serially connected first number register, multiplier and second number register, the output of which is connected to the second inputs of all channel multipliers, the third inputs of which are connected to the outputs of their

20 накапливающих сумматоров, при этом выходы канальных умножителей соединены со входами МНОГОЕ ходового сумматора, В1.1ход которого подключен ко второму иходу введенного 95 ултожкгел , а вычислитель дисперсии включен между выходом многовходового сумматора и одним из входов элемента ИЛИ. На чертеже представлена структурна схема анализатора. Анализатор содержит квантователь 1, блок 2, задержки, состо щий из регистров 2.1-2.N умножители 3.I-3N + 1, накапливающие сумшторы 4..N. + 1, элемент 5 ИЛИ, преобразователь 6 Фурье, состо щий из посто нного запоминающего устройства 7, арифмети1 еского блока 8 и регистра 9. В анализатор вход т также регистр 10 числа, дополнительный умножитель 11, второй регистр 12 числа, многовходо вой сумматор 13 и вычислитель 14 дисперсии, При этом накапливающие сумматоры 4.1-4.N+ состо т из сумматора 15, регистра 16 и клю ча 17. Анализатор спектра работает следующим образом . В исходном состо нии все блоки обнулены в регистр 10 числа записан коэффшшент ti const, выбранный из услови ц L DX, где DX - дисперси процесса x(t); L - число отсчетов процесса, по которым вычисл етс спектр. В регистр 16 накапливающего суммато ра 4.1 записан коэффициент /о,-г Ь а в регистрах .16 остальных N + 1 накапливающих сумматоров первоначально устанавливаютс весовые коэффициенты VQ, 0. В начале обработки сигнал в квантователе 1 преобразуетс в последовательность отсчетов которые подаютс в блок 2 задержки и при помощи тактовых импульсов продвигаютс в регистры 2.1-2.N сдвига. Перв-ый 1ШКЛ обработки нашнаетс со счить вани массива из N регистров сдвига 2 и оче редного отсчета с выхода квантовател 1 на входы умножителей 3. При этом на вторые входы умножителей 3 с выходов регистров 16 через ключи 17 подаютс соответствующие весовые коэффи1шенты. В умножител х 3 соответствующие элементы массивов перемножаютс и поступают далее на входы многовходового сумматора 13, в котором формируетс сумма. N.N--f oi XGO + Vki EO S Xoi V Полученное значение EQ , характеризующ ощибку предсказани отсчета.-поступает на вход вычислител 14 дисперсии и на второй вход умножител 11, на первый вход которого из регистра 10 числа поступает число д Произведение д EQ записываетс во второй рмггистр 12 числа, после чего это число сштываетс с регистра 12 числа на третьи входы умзюжителей 3.1--3.N+1. Одновременно на первые входы умножителей 3 из блока 2 задержки считьгеаютс от 4 счеты xoi- В результате перемножени формируютс корректирующие поправки AVoj &Q. Xoi к записанным в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4 коэффициентам. С выходов умножителей 3 эти поправки поступают на входы сумматоров 15 соответствующих накапливающих сумматоров 4, в результате чего на входе сумматоров 15 формируютс обновленные значени р да весовых коэффидиентов (дл последующего 2-го цикла обработки) Voi -н Мб, 1 i VQj т- М c-jj - Этим заверщаетс первый 1шкл обработки. После этого считываетс следующий, отсчет , а записанйые в регистрах сдвига 2 значени сдвигаютс в следующие регистры 2, после чего начинаетс второй цикл обработки. На к-ом цикле обработки в регистрах 2 сформировываетс к-ый массив отсчетов процесса , а в накапливающих сумматорах 4 сформировываетс к-ый массив коэффициентов. Все отсчеты к-ого массива одновременно подаютс на первые входы соответствующих умножителей 3, при этом на вторые входы умножителей 3 с выходов накапливающих сумматоров 4 подаютс значени весовых коэффициелтов , сформированных на предыдущем (к-1)ом цикле. В -умножител х 3 соответствующие элементы массивов перемножаютс и поступают далее на входы многовходового сумматора 13, в котором формируетс сумма е- - р V V К ;t:(1i Xi Полученное значение g поступает на вход вычислител 14 дисперсии. Вычислитель 14 дисперсии позвол ет вычисл ть дисперсию процесса в скольз щем временном окне. Число g ц также поступает на второй вход умножител 11, на первый вход которого из регистра 10 числа поступает число i.Произведение д записываетс во второй регистр 12 числа, после чего это произведение считываетс с регистра 12 числа на третьи входы умножителей 3.1-3.N + 1. Одновременно на первые входы умножителей 3 из блока 2 задержки считываютс отсчеты , в результате перемножени формируютс корректирующие поправки к вычисленным на предыдущем цикле коэффициентам, хран щимс в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4. С выходов умножителей 3 эти поправки поступают на входы сумматоров 15 соответствующих накапливающих сумматоров 4, где формируютс обновленные значени р да весовых коэффициентов дл следующего (к + 1)-го цикла обработки. Этим завершаетс к-ый цикл обработки.20 accumulating adders, while the outputs of the channel multipliers are connected to the inputs of the MUCH travel adder, B1.1, the input of which is connected to the second input of the input 95, and the dispersion calculator is connected between the output of the multi-input adder and one of the inputs of the OR element. The drawing shows a structural diagram of the analyzer. The analyzer contains a quantizer 1, block 2, delays consisting of registers 2.1-2.N multipliers 3.I-3N + 1, accumulating aggregators 4..N. + 1, element 5 OR, Fourier converter 6, consisting of a persistent storage device 7, an arithmetic block 8 and a register 9. The analyzer also includes a register of 10 numbers, an additional multiplier 11, a second register of 12 numbers, a multi-input adder 13 and the variance calculator 14, wherein the accumulating adders 4.1-4.N + consist of adder 15, register 16 and key 17. The spectrum analyzer works as follows. In the initial state, all the blocks are zeroed out in the 10th register, the coefficients ti const selected from the conditions L DX, where DX is the dispersion of the process x (t); L is the number of samples of the process from which the spectrum is calculated. Register 16 of accumulator totalizer 4.1 records the coefficient / o, -h b, and registers .16 of the remaining N + 1 accumulative adders initially set weights VQ, 0. At the beginning of processing, the signal in the quantizer 1 is converted into a sequence of samples that are sent to block 2 delays and with the help of clock pulses are moved to the shift registers 2.1-2.N. The first 1-processor processing is found from the array of N shift registers 2 and the next sample from the output of the quantizer 1 to the inputs of multipliers 3. At the same time, the corresponding inputs are fed to the second inputs of multipliers 3 from the outputs of registers 16. In the multiplier 3, the corresponding elements of the arrays are multiplied together and fed further to the inputs of the multi-input adder 13, in which the sum is formed. NN - f oi XGO + Vki EO S Xoi V The resulting value of EQ, characterizing the prediction error of the reference. Received at the input of the variance calculator 14 and the second input of the multiplier 11, the first input of which from the register 10 of the number arrives d Product E EQ is written in the second registrar of the 12th, after which this number is stitched from the register of the 12th to the third inputs of the softers 3.1--3.N + 1. At the same time, for the first inputs of multipliers 3 from block 2, delays are counted from 4 counts xoi-. As a result of the multiplication, corrective corrections AVoj & Q are formed. Xoi to recorded in the registers 16 accumulating adders 4 coefficients. From the outputs of multipliers 3, these corrections are fed to the inputs of adders 15 of the corresponding accumulating adders 4, as a result of which updated values of a number of weight coefficients are generated at the input of adders 15 (for the subsequent 2nd processing cycle) Voi -n MB, 1 i VQj t-M c-jj - This completes the first 1 pc of processing. After that, the next countdown is read, and the values recorded in the shift registers 2 are shifted to the next registers 2, after which the second processing cycle begins. On the k-th processing cycle in registers 2, the k-th array of process samples is formed, and in the accumulating adders 4 the k-th array of coefficients is formed. All samples of the kth array are simultaneously fed to the first inputs of the corresponding multipliers 3, while the second inputs of the multipliers 3 are fed from the outputs of the accumulating adders 4 to the values of the weight coefficients generated in the previous (k-1) th cycle. In the multiplier x 3, the corresponding elements of the arrays are multiplied and fed further to the inputs of the multi-input adder 13, in which the sum e- - p VV K; t: (1i Xi is obtained. The obtained value g is fed to the input of the variance calculator 14. The calculator 14 of the dispersion allows calculating The variance of the process in a sliding time window. The number g c also enters the second input of the multiplier 11, at the first input of which from the register 10 the number i arrives. The piece e is written into the second register 12 the number, after which this work is read from the register 12 numbers for the third inputs of multipliers 3.1-3.N + 1. Simultaneously, the first inputs of multipliers 3 from block 2 delays are counted, multiplying corrective corrections to coefficients calculated in the previous cycle, stored in registers 16 accumulating adders 4. From the outputs of the multipliers 3, these corrections are fed to the inputs of the adders 15 of the respective accumulating adders 4, where the updated values of p and the weights for the next (k + 1) -th processing cycle are formed. This completes the k th processing cycle.

Каждый цикл повышает качество оценки весовых коэффициентов, улучша ее статистические свойства (уменьша дисперсию и смещение ), следовательно, улучша свойства оценки энергетического спектра.Each cycle improves the quality of the assessment of weight coefficients, improving its statistical properties (reducing the variance and displacement), therefore, improving the properties of the energy spectrum estimate.

После некотброго количества таких циклов, необходимых дл адаптивного автоматического согласовани весовой функции е с классом случайного процесса, весовые коэффициенты из р да накапливающих сумматоров 4 последовательно ,- через соответствующие входы элемента 5 ИЛИ поступают в регистр 9 преобразовател 6 Фурье.After a number of such cycles required for adaptive automatic matching of the weight function e with the class of the random process, the weights from the row of accumulating adders 4 are sequentially through the corresponding inputs of the element 5 OR are transferred to the register 9 of the Fourier converter 6.

При этом на второй вход арифметического блока 8 из посто нного запоминающего устройства 7 поступают отсчеть гармонической функции е, которые перемножаютс в арифметическом блоке 8 с р дом соответствующих еесовых коэффициентов, формиру значени амплитудного спектра А (uJ), После вычислени очередного значени Ар( ш ) оно в арифметическом блоке 8 возводитс в квадрат , а в регистр 9 при этом с выхода вычислител 14 дисперсии подаетс нормирующий коэффициент Dtp , характеризующий ди персию входного процесса. В арифметическом блоке 8 производитс деление значени дисперсии , поступающего из регистра 9, на значение 1 Ар loj)) . в результате чего вычисл етс значение т-ой ординаты знергетичес oi J 1 кого спектра Sp((-p,), поступающей на вы ход преобразовател 6 Фурье. Аналогично вычислени производ тс дл каждой из М частотных составл ющих спектра . Таким образом формируютс значени текущего энергетического спектра. При поступлении на вход блока 2 задержки следующего отсчета сигнала происходит автоматическое обновление весовых коэффициентов и значени дисперсии, после чего на выходе анализатора формируютс обновленные значени ординат ), соответствующие текущему моменту времени. Операции обновлени весовых коэффициентов и их хранение в регистрах 16 накапливающих сумматоров 4 позвол ют исключить из состава анализатора запоминающее устройство дл хранени значений А (ю с большим количест вом точек. Таким образом, предлагаемый адаптивный анализатор спектра реализует новую вычислительную процедуру с адаптивным автоматическим формированием такой важной в оцен ваиии спектра характеристики как спектральное окно. Это позвол ет при существенно меньших аппаратурных затратах с высокой точностью оценивать различные типы сложных спектров. Дл достижени высокой точности требуетс вычисление лишь небольшого числа весовых коэффициентов (например, дл речевых сигиапов ). Адаптивные рекурсивиое вычисление весовых коэффициентов позвол ет реализовать их вычисление без обращени матрицы, а выбором значени ц задаетс участок перестройки параметров анализа, т.е. участок гоценивани текущего спектра, что также способствует высокой точности его вычислений .At the same time, the second input of the arithmetic unit 8 from the permanent storage device 7 receives the counting of the harmonic function e, which are multiplied in the arithmetic unit 8 with a number of corresponding eosovyh coefficients, forming the values of the amplitude spectrum A (uJ), After calculating the next value of Ap (w) it is squared in the arithmetic unit 8, and the register 9 from the output of the dispersion calculator 14 is supplied with the normalizing coefficient Dtp, which characterizes the dispersion of the input process. In the arithmetic unit 8, the value of the variance coming from register 9 is divided by the value of 1 Ap loj)). as a result, the value of the t-th ordinate of the energy spectrum Sp Sp ((- p,)) of the transducer 6 is calculated. For similarly, the calculations are performed for each of the M frequency components of the spectrum. energy spectrum. When block 2 enters the next sample, the weighting coefficients and dispersion values are automatically updated, after which the updated values of ordinates are generated at the analyzer output, corresponding to the current moment of time. Weighting updates and storing them in the registers 16 of accumulating adders 4 make it possible to exclude from the analyzer a storage device for storing A values (with a large number of points. Thus, the proposed adaptive spectrum analyzer implements a new computational procedure with automatic adaptive generation of such an important in estimating the spectrum, the characteristics as a spectral window.This allows, at much lower instrumental costs, with a high accuracy to evaluate e types of complex spectra. To achieve high accuracy, only a small number of weighting factors are required (for example, for speech sigiaps) Adaptive recursive calculation of weighting coefficients allows their calculation without inversion of the matrix, and choosing the value of m sets the plot of the analysis parameters, t. e. section of the current spectrum appreciation, which also contributes to the high accuracy of its calculations.

Фор м у ла изобретени Formula of the invention

Адаптивный анализатор спектра, содержащий квантователь, подключенный к блоку задержки , выходы которого подключены к N + 1 параллельно включенным каналам, каждый из которых состоит из умножител , соединенного со входом накапливающего сумматора, состо ° последовательно соединенных сумматора , регистра и ключа, один из выходов которого подключен ко второму входу сумматора, причем выходы вбех накапливающих сумматоров через элемент ИЛИ подключены к преобразователю Фурье, состо щему из посто нного запоV минающего устройства и регистра, подключенных ко входам арифметического блока, выход которого соединен со входом регистра, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений, в него дополнительно введены многовходовый сумматор, вычислитель дисперсии и последовательно соединеиные 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 второму входу вве- / денного умножител , а вычислитель дисперсии включен между выходом многовходового сумматора и одним из входов элемента ИЛИ. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 550588, кл. G 01 R 23/00, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР №669295, кл. G 01 R 23/00, 1978.An adaptive spectrum analyzer containing a quantizer connected to a delay unit whose outputs are connected to N + 1 channels connected in parallel, each of which consists of a multiplier connected to the input of the accumulating adder, consisting of series-connected adder, register and key, one of the outputs of which connected to the second input of the adder, and the outputs of the accumulating adders through the OR element are connected to a Fourier transducer consisting of a constant memory device and a register, Connected to the inputs of the arithmetic unit, the output of which is connected to the input of the register, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, a multi-input adder, a dispersion calculator and a serial number register, a multiplier and a second number register, the output connected to the second inputs of all channel multipliers, the third inputs of which are connected to the outputs of their accumulating adders, while the outputs of the channel multipliers are connected to the inputs of a multi-input sum ora, whose output is connected to the second input introduced / dennogo multiplier and variance calculator connected between the output multi-input adder and one input of OR element. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 550588, cl. G 01 R 23/00, 1976. 2. The USSR author's certificate No. 69295, cl. G 01 R 23/00, 1978.

Claims

Claim

An adaptive spectrum analyzer containing a quantizer connected to a delay unit, the outputs of which are connected to N + 1 parallel-connected channels, each of which consists of a multiplier connected to the input of the accumulating adder, consisting of a series-connected adder, a register and a key, one of whose outputs connected to. the second input of the adder, and the outputs of the accumulating adders through an OR element are connected to a Fourier transducer consisting of a read-only memory and a register connected to the arithmetic unit inputs, the output of which is connected to the register input, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, a multi-input adder, a dispersion calculator and a first number register, a multiplier and a second number register, the output of which is connected to the second input, are additionally introduced all channel multipliers, the third inputs of which are connected to the outputs of their accumulating adders, while the outputs of the channel multipliers are connected to the inputs of the multi-input adder, the output of which is connected to the second input of the input> multiplier, and the dispersion calculator is connected between the output of the multi-input adder and one of inputs of the OR element.