SU972519A1 - Устройство дл определени спектра - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к специализированной аналого-цифровой вычислительной технике, предназначенной дл  определени  статистических характеристик случайных сигналов, и может быть использовано в радиотехнике электросв зи и измерительной технике дл  определени  спектральных характеристик случайных сигналов в реальном масштабе времени. Известно устройство дл  преобразовани  коррел ционной функции в спектр мощности, (Содержащее блок вычислени  коррел ционной функции, сумматор, пер вый и второй электронные переключатели , счетчик ординат, триггер, блок запоминани  и блок вычислени  и вывода спектра Г1 Недостатком такого устройства  вл етс  низкое быстродействие, что обусловлено выполнением операции умно жени  многоразр дных чисел в блоке вычислени  коррел ционной функции, а также в блоке вычислени  и вывода спектра. Вследствие этого устройство выдел ет только одну составл ющую спектра входного сигнала за один цикл работы и не может быть использовано дл  определени  спектра в реальном масштабе времени. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  выполнени  преобразовани  Фурье, содержащее генератор тактовых импульсов, генератор псевдослучайных чисел, блок формировани ,стробимпульсов , блок пам ти, блок задани .входной информации, вход которого  вл етс  входом устройства, две группы шифраторов (число которых в каждой группе равно количеству частот анализа), две группы блоков суммировани -вычитани , два регистра промежуточных коэффициентов и два вычислительных блока, входы и выходы которых  вл ютс  выходами устройства. В этом устройстве отсчеты стохастически дискретизованного сигнала умножаютс  на отсчеты пр могоульных фильтрующих функций, а полученные оценки в базисе этих функций пересчитываютс  в тригонометрический базис в вычислительных блоках Г2. Недостатками известного устройства  вл ютс  низкое быстродействие и конструктивна  сложность, обусловленные тем, что дл  выделени  каждой составл ющей спектра сигнала,необходимо использовать две ортогональные фильтрующие функции, что приводит к необходимости иметь две группы шифраторов , две группы блоков суммировани вычитани , два регистра промежуточных коэффициентов и два вычислительных блока, а также необходимость дополнительных вычислительных операций дл  вычислени  спектральных оценок по оценкам коэффициентов Фурье. Особенно сильно эти недостатки про вл ют с  при большом количестве исследуемых частот. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и упрощение уст- 25

ройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определени  спектра , содержащее цифро-аналоговый преобразователь , выход которого соединен JQ с первым входом блока квантова|ни , второй вход которого  вл етс  входом устройства, к управл ющему входу блока квантовани  подключен выход блока формировани  стробимпульсов, вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайных чисел, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход генератора псевдослучайных чисел подключен к ад- ресному входу блока пам ти, выходы которого подключены к первым входам соответствующих шифраторов, число-которых равно количеству частот анализа, выходы шифраторов подключены к управл ющим входам соответствующих блоков суммировани  - вычитани , выходы которых подключены к соответствующим входам регистра промежуточных коэффициентов , выход которого  вл етс  первым выходом устройства и подключен к входу вычислительного блока, выход которого  вл етс  вторым выходом устройства введены регистр сомножител , первый, второй и третий блоки умножеЦи  и сумматор, выход генератора псевдослучайных чисел подключен к входу цифро-аналогового преобразовател  и к первым входам регистра сомноль , что упрощает устройство, исключа  одну группу шифраторов, одну группу блоков суммировани  - вычитани , а также один регистр промежуточных ножител  и первого блока умножени , выход блока квантовани  подключен к второму входу регистра сомножител  и к первым входам второго и третьего блоков умножени , первый выход регистра сомножител  подключен к второму входу третьего блока умножени , второй выход регистра сомножител  подключен к вторым входам первого и второго блоков умножени , выходы блоков умножени  подключены к соответствующим входам сумматора, знаковый выход которого соединен с вторыми входами шифраторов, а информационный выход сумматора подключен к информационным входам блоков суммировани  - вычитани . Така  структура устройства позвол ет получить на выходе сумматора оценки коррел ционой функции сигнала . Так как коррел ционна  функци   вл етс  четной функцией, то нет необходимости умножать ее на нечетные фильтрующие функции, так как эти умножени  заведомо дaюt в результате коэффициентов и один из вычислительных блоков. На выходе вычислительного блока, и регистра промежуточных коэффициентов могут быть подключены сразу значени  спектральной плотности мощности как дискретное косинус преобразование коррел ционной функции и нет необходимости эти значени  вычисл ть по коэффициентам Фурье, т.е. сокращаетс  количество операций умножени  на 2 п (п - количество частот анализа). Это повышает быстродействие устройства. На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства. Входом 1 устройства  вл етс  первый информационный вход блока 2 задани  входной информации, который состоит из блока 3 квантовани , и цифро-аналогового преобразовател  А. Входом 1 устройства  вл етс  первый информационный вход блока 3 квантовани  , второй информационный вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразовател  k. Выход генератора 5 тактовых импульсов через последовательно соединенные генератор 6 псевдослучайных чисел и блок 7 формировани  стробимпульсов подклю чен к управл ющему входу блока 3 59 квантовани . Выход генератора 6 псев дослучайных чисел подключен также к входу цифро-аналогового преобразрвател  4, к первому входу регистра 8 сомножител  и первого блока 9 умноже ни  и к адресному входу блока 10 пам ти . Выход блока 3 квантовани  подключен к второму входу регистра 8 со ножител  и к первым входам второго (11) и третьего (12) блоков умножени . Первый выход регистра 8 сомножи тел  подключен к второму входу третье го блока 12 умножени , второй выход регистра 8 сомножител  подключен -к вторым входам первого 9 и второго 11 блоков умножени . Выходы всех трех блоков 9, 11 и 12 умножени  подключены к соответствующим входам сумматора 13. Выходы блока 10 пам ти подключены к первым входам п шифраторов Н вторые входы которых подключены к зна ковому выходу сумматора 13. Выходы шифраторов подключены к управл ющим входам соответствующих блоков 15 суммировани -вычитани , информационные входы которых подключены к информационному выходу сумматора 13. Выходы блоков 15 подключены к входам регистра 16 промежуточных коэффициентов , выход регистра 16 промежуточных I коэффициентов подключен к входу вычис лительного блока 17, вход и выход которого  вл ютс  выходами 18 и 19 устройства. Устройство работает в два этапа. На первом этапе в блоках 15 накапливаютс  значени  спектральной плотности мощности в базисе пр моугольных фильтрующих функций. В конце этого этапа информаци  с блоков 15 переписываетс  в регистр 16 промежуточных коэбОициентов, блоки 15 обнул ютс , и начинаетс  новый этап накоплени  промежуточных значений спектральной плотности мощности. На втором этапе производитс  вычисление в вычислительном блоке 17 оценок спектральной плотности мощности в тригонометрическом базисе по значени м оценок спектральной плотности мощности в базисе пр моугольных фильтрующих функций. Исследуемый непрерывный сигнал .поступает на аналоговый вход 1 устройства , который  вл етс  первым информационным входом блока 3 квантовани  Последовательно соединенные генераiTop 5 тактовых импульсов, генератор 6 псевдослучайных чисел и блок 7 фор19-« мировани  стробимпульсов формируют стробимпульсы, которые на временной оси образуют стационарный случайный пото-к с ограниченным последствием, Эти импульсы подаютс  на управл ющий вход блока 2 задани . С помощью этих импульсов выполн етс  стохастическа  дискретизаци  входного сигнала. С помощью цифро-аналогового преобразовател  k псевдослучайна  последовательность на выходе генератора 6 псевдослучайных чисел преобразовываетс  в аналоговую форму и подаете на второй информационный вход блока 3 квантовани . Эта величина используетс  в качестве опорной величины дл  квантовани . Блок 3 квантовани  прсизводит грубое стохастическое кванг тование входного сигнала. При этом оценка значени  входного сигнала в k-й момент дискретизации определ етс  по формуле где &J; - псевдослучайна  величина на выходе генератора 6 псевдослучайных чисел, paBHoTiepHO распределенна  в интервале Г-±. . Ч 1 aJ Пц - малоразр дна  оценка значени  входного сигнала на выходе блока 3 квантовани . Врем  накоплени  значений спектра раздел етс  на циклы, в пределах которых оценка первого значени  входного сигнала в цикле умножаетс  на все другие оценки входного сигнала этого цикла дл  получени  оценок коррел ционной функции сигнала. Регистр 8 сомножител  запоминает значени  оценок входного сигнала в первой точке дискретизации каждого цикла, через каждые N точек дискретизации содержимое регистра 8 сомножител  обновл етс . Оценки коррел ционной функции сигнала при временном сдвигеu f, между п-й и первой точками дискретизац и i-ro цикла определ ютс  по формуле . ,),i., . Необходимые операции умножени , обусловленные применением такой оценки , выполн ют первый 9, второй 11 и третий 12 блоки умножени , а на вы9 ходе сумматора 13 формируютс  оценки коррел ционной функции сигнала дл  каждого момента дискретизации. Вследт ствие того, что оценка входного сигна ла на выходе блока 3 квантовани   вл етс  малоразр дной, операции умножени  в блоках 3, 11 и 12 выполн ютс  в виде логических операций над сомножител ми . Логический уровень, соответствующий знаку текущего значени  оценки коррел ционной функции в момен дискретизации с выхода знакового разр да сумматора 13, поступает на первые входы шифраторов 14, на вторые входы которых поступают считываемые коДом псевдослучайного числа с блока 10 пам ти соответствующие данному,моменту дискретизации значени  кодов фильтрующих функций. При совпадении в момент дискретизации знаков исследуемого сигнала и фильтрующей функции на выходе шифраторов 1А формирует с  код, разрешающий выполнение в соот ветствующем блоке 15 суммировани -вычитани  операции сложени , при несовпадении знаков - код, разрешающий выполнение операции вычитани . При поступлении на второй вход шифраторов 14 крда, соответствующего нулевому значению фильтрующей функции, на выходе формируетс  код, запрещс1ющий выполнение операции, при этом оценка коррел ционной функции дл  данного момента дискретизации не учитываетс , В результате этих действий после М циклов определени  оценок коррел цион ной функции входного сигнала в блоках 15 оказываютс  накопленными оценки спектральной плотности мощности в базисе выбранных фильтрующих функций М Г N ;()Кф2- )2i:.K,tr.g. c(f,), где Кф - коэффициент, завис щий от формы фильтрующей функ ции; Kxuf) оценка дисперсии сигнала в i-M цикле;

.Л

a;(i.f).i::. ,(,-.f,ecAH,|Jpj

С(

G(i.f).ecAv, J,

где II - цела  часть выражени  в скобках.

Claims (2)

1. Как видно из этой формулы, часть значений спектральной плотности мощ9 Kj(tJ,j) - оценка коррел ционной функции при сдвиге 4j,j, ,-i - временной сдвиг между Ь-м и первым моментом дискретизации i-ro цикла; RC, (, Т;,)- значение фильтрующей функ ции частоты f в li-й момент дискретизации 1-го , цикла; t - средний шаг дискретизации; q, - шаг квантовани . , По окончании М циклов определени  оценок коррел ционной функции производитс  перезапись промежуточных значений спектральной плотности мощности в базисе выбранных фильтрующих функций из блоков 15 суммировани  вычитани  в регистр 16 промежуточных коэффициентов, после чего блоки 15 обнул ютс , и начинаетс  новый этап накоплени  значений спектра. Если в качестве фильтрующих выбрать функции вида f1, если cos7Jf ft О -1 , если cos 2л f t О , огда промежуточные значени  спе1 тальной плотности мощности пересчитыаютс  в тригонометрический базис в ычислительном блоке 17 по формуле СО и (1л)б (). где 4f ., - минимальный шаг по частоте определени  значений спектральной плотности мощности; Аср средн   частота дискретизации . При условии отсутстви  во входном сигнале частот выше частоты среза f {.р/2, значени  -спектральной плотности мощности в тригонометрическом базисе G ,( () рассчитываютс  через промежуточные значени  спектральной плотности мощности в базисе выбранных фильтрующих функций GQJ. (i 4f) по формуле НОСТ.И GX () с индексами от ( Г NM Т1INM |-g-jH до - формируетс  сразу в сумматорах-вычитател х 15 и подаетс  на первый выход 18 устройства без дополнительного пересчета. Остальные значени  получаем на втором выходе 19 устройства после пересчета в вычис лительном блоке 17. Таким образом, на выходах устройства получаем сразу значени  спектральной плотности мощности сигнала. Формула изобретени  Устройство дл  определени  спектра , содержащее цифро-аналоговый преобразователь , выход которого соедине С первым входом блока квантовани , второй вход которого  вл етс  входом устройства, к управл ющему входу блока квантовани  подключен выход блока формировани  стробимпульсов, вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайных чисел, вход которого соединен с выходом генерато ра тактовых импульсов, выход генератора псевдослучайных чисел подключен к адресному входу блока пам ти, выходы которого подключены к первым входам соответствующих шифраторов, число которых равно количеству частот анализа , выходы шифраторов подключены к управл ющим входам соответствующих блоков суммировани -вычитани , выходы которых подключены к соответствующим 9 910 входам регистра промежуточных коэффициентов , выход которого  вл етс  первым выходом устройства и подключен к входу вычислительного блока, выход которого  вл етс  вторым выходом устройства , отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и упрощени  устройства, в него введены регистр сомножител , первый, второй и третий блоки умноже ни  и.сумматор, выход генератора псевдослучайных чисел подключен к входу цифро-аналогового преобразовател  и первым входам регистра сомножител  |1 первого блока умножени , выход блока квантовани  подключен к второму входу регистра сомножител  и к первым входам второго и третьего блоков умножени , первый в ;; од регистра сомножител  подключен к второму входу третьего блока умножени , второй выход регистра сомножител  подключен к вторым входам первого .- и второго блоков умножени , выходы блоков умножени  подключены к соответствующим входам сумматора, знаковый выход которого соединен с вторыми входами шифраторов, а информационный выход сумматора подключен к информационным входам блоков суммировани -вычитани . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 532100, кл. G 01 R 23/16, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке f. 29 43590/18-2, кл. С 01 R 23/16.(прототип).

   rri

   I I I.I