Адаптивный вычислитель скользящего среднего значения сигнала
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
36Ю < 06 F 15 3 а - :- М®ору
Ц АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3354074/18-24 (22) 02. 11. 81 (46) 15.05.-83. Бюл. Р 18 (72) И.Б.Столбов и В.И.Якименко (71) Ленийградский ордена Ленина электротехнический институт им.
В,И.Ульянова (Ленина) (53) 681.3(088.,8) (56) .1. Патент CIIIA 9 3889108, кл,а 06 F ° 15/36, опублик. 1974. 2. авторское свидетельство СССР
Р 696480, кл. О Об .F. 15/36., 1977 .{прототий) . (54)(57) АДАПтИВРЫЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ СКОЛЬЗЯЩЕГО СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СИГНАЛА содержащий первый усреднитель,выходкоторого подключен к.первому входу первого блока вычитания и к входу первого Формирователя . модуля, выход которого соединен с первым вхаДЪ дом блока нормирования, выход которо-. го,6одключен к первому входу первого блока сравнения., блок коррекции сигнала, выход которого соединен с первыми входами первого .и второго усредннтелей, второй вход первого усреднителя объединен с вторим входом первого блока вычйтания и является вх щом вычйслителя, выход первого усреднителя является выходом оценки среднего значения, вто- . рой рмирователь модуля, о т л и„.SU„„101 1 А ч а Фь шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия ,в него введены второй . лок вычитания, третий усреднитель, третий
Формирователь модуля, регистр числа, второй блок сравнения, сумматор, при этом выход третьего уореднителя подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выхс>дом первого усред- нителя, выход второго блока вычитания подключен через третий формирователь модуля к первому входу второго блока сравнения,.второй вход которого соединен с выходом блока нормирования, выходы первого и второго блоков, сравнения подключены со- Я ответственно к первому и второму входам сумматора, выход которого соединен с входом блока коррекции, выход которого подключен к первому входу третьего усреднителя, второй вход которого является входом уст- Я ройства, выход первого блока вычитания. соединен с входом второго,формирователя модуля.и является выходом оценки центрированного значения сщ;"наела вычислителя, выход второго
Формирователя модуля подключен к входу второго усредни теля, выход которого соединен с вторым входом цервого блока сравнения.
1018124
Недостатком указанного вычислитрля (прототипа) являйуся возможность
45 адаптации лишь по одной составляю щей погрешности,(дисперсни измерений в вто время "как .вторая составляю«, щая (смещение оценки среднего значения или динамическая ошибка) не учитывается, что приводит к большим погрешностям измерений при наличии нестационарных участков сигнала и и низкому быстродействию вычислений из-за медленной сходимости оценки среднего значения ввиду того, что„при адаптивной коррекции параметра d, вычислитель учитывает лишь дисперсию сигнала; ио не его свойства нестационарности. 60
Ца(ль изобретения - повышение точйости и быстродействия за счет но.вой вычйслительной процедуры и новой организации структуры адаптивного вычислителя, . учитывающей возникаю- 65
Изобретение относится к срЕдствам .вычислительной техники и предназначено для. систем анализа вероят- нюх свойств сигналов в условиях малой априорной информации о классе исследуемых случайных сигналов, 5 а также для устройств текущего . центрирования нестационарных сигналов, например, в радиофизике океанологии, технической диагностике.
Известен адаптивный вычислитель, 10 содержащий усреднитель,.выход которого подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого объединен с первьм входом усредннтеля и является входом вычислителя, а вто! 5 рой вход усреднителя соединен с выходом блока коррекции параметров вычисления (3).
Недостатком такого вычислителя является низкое быстродействие из-за необходимости получения текущей информации о величине мса ности входного ,сигнала.
Наиболее близким по .технической сущности к изобретению является адаптивное устройство, содержащее последовательно соединенные первый усредннтель, первый формирователь модуля, формирователь заданной допус тимой погрешности (устройство нормирования с -регистром числа), блок сравнения (блок вычитании) и блок коррекции, к входу первого усреднителя подключены последовательно соединенные устройство вычитания, второй, усреднитень, второй формиро" . ватель модуля, выход которого соединен с вторым входом блока сравне» ния, а выход блока коррекции соединен с управляющими входами первого и второго усреднителей, причем втое 40 рой вход устройства вычитания соеди нен с выходом первого усредннтеля f2). щие динамические погрешности вычислений.
Для *остажения цели в адаптивный вычислитель скользящего среднего значения сигнала, содержащий первый усреднитель, выход которого.,подклю-. чен к первому входу первого блока вычитания и к входу первого формирователя модуля, выход которого соединЕн с первым вХодом блока йормирования, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения блок коррекции сигнала, выход которого соединен с .первымн входами . первого и второго усредннтелей, второй вход первого усрвднителя объе- динен с вторым входом первого блока вычитания и является входом вычислителя,.выход первого усреднителя является выходом оценки среднего значения, второй формирователь модуля, введены второй блок вычитания, третий усреднитель, третий формирователь модуля, регистр числа, второй блок сравнения, сумматор, прн этом выход . третьего усредннтеля подключен к первому входу второго блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого усреднителя, Выход второго блока вычитания подключен через третий формирователь модуля к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с вйходом блока йормирования, выходы первого и второго блоков сравнения подключены соответственно к первому и второму „входам сумматора, выход которого соединен с входом блока коррекции, выход которого подключен к первому входу третьего усреднителя, второй вход которого является входом устройства, выход первого блока вычитания соединен с входом второго формирователя модуля и является выходам оценки центрированного значения, сигнала вычислителя, выход второго формирователя, модуля подключен к входу вто-. рого усреднителя, выход которого. соединен с вторым входом первого бло-, ка сравнения.
На чертеже представлена блок-cze-: ма предложенного устройства. адаптивный вычислитель скользяще-. го-среднего значений сигнала cageyжит первый усреднитель 1, первый формирователь ? модуля„ )лок З.цормкрования,регистр 4 числа,первьФ блок 5 вычитания, второй формирователь б моду ля,, второй усреднитель 7., первый блок 8 сравнения, третий усредиитель 9, второй блок 10 вычитания, третий формироватепь 11 модуля, второй блок 12 сравнения,iсумматор 3> блок 14 коррекции сй1 йала.
Устройство работает следующим образом.
1018124 корректировки значений с6к (фиг.2,в-д).
Обозначим циклы адаптации К i-Иа„ g,яри h >д
° Ю
Тогда первый цикл -адаптации,ф=.,К =Ne); 0, и Ж 4й, . начинается.при постуйлении а вход
В исходном состоянии в усредни-,,телях 1 и 7 установлено начальное значение параметра сглаживания ело (в пределах 0 «= В регистре-4 числа записано соответствующее максимальнои допустимой погрешности вычисленийЫн (относительное значение) . В начале вычислений последовательность; отсчетов X = Х (jn4) тупает в усреднители 1 и 9, в которых вычисляются оценки средних значений Й ° и Й этого сигнала,например, по алгоритму экспоненциального сглаживания." . 35 Pl. =Д. +сК (Х.—.й. и.= jl4- +ь (х. - и. .„в(, „), . Ю л . где,м„-+., р;» - оцейки среднего . значеййя, нолучениые по предыдущим ((-1) отсчетам сигнала в усреднйтелях l и 9 соответственно, а разность д Х. =(Х .",м „) образуется при этом на выходе блока 5 вычитания. Т.е. производится центрирование сигнала X(iat)=AX(4М) =дХ; В Формирователе 6 модуля образует- -: ся последовательность модулей (дц), ЗО пэступающая во второй усреднитель 7„в котором в .результате усреднения Формируется оценка среднеквадратичес ° кого отклонения dq исследуемого сигнала, например, в соответствии с вы- 35: :режанием 8:=d. 4ы (ldx.l-R. ) (2) .После некоторого количества R=.Ì0 (где Ne.Ф+/р6, ) в усрадцителях 1 9 и 7 формиРуются оценки Ио @о :Ж которйе являютая начальной информацией для выполнения процедуры адаптации параметра eL, т,е. для текущей адаптивного вычислителя очередного отсчета сигнала. Для,.краткости эа- . ур писк обозначим его Xg + = %., а .О вычисляемая по нему в усреднителе .1 оценка среднего значения И„=Й +с (g -Óö ), (3) С выхода.усраднителя 1 оценка ф, поступает одновременно в три канала: в последовательно соединенные блок 5, вычитания Формирователь 6 модуля и, и второй усреднитель 7, в которых 60 ./ осуществляются преобразования по формированию оценки И. в соответствии с выражением (2); в последовательно соединенные формирователь 2 модуля и блок 3 нормирования в: щ а которых выполняются преобразования ,по формированию текущего абсолютного ,значения допустимой погрешности вычисления л = м, „, «), где 4 „- относительное допустимое значение погрешности вычислений среднего зна; чения k записано в регистра 4 числа)у в.канал усреднитель 9 - блок 10 вычитания.- формирователь модуля ll, в котором производится. вычисление.абсолютного значения оценки смещения pJ, как одной из двух основных методических составляющих-погрешности : в усраднителе 9 сформируется оцениваемое значение Я, которое подается на первый вход блока 10 вычитания, на второй вход которого при этом подается значение Я; Их разность поступает в формирователь ll модуля, на.вы ходе которого Формируется величина И аи =1м -м t (5 ) Все эти преобразования Производят ся одновременно в трех каналах,пос- . ле чего значения 3„и ай подаются на входы блоков 8 и 12 сравнения соответственно, а на другие входы подается текущее значение нормированной погрешности вычислений На выходе блоков 8(12) сравнения вырабатываются соответствукицие знакавые фуйкции: ул 1, ярк „)д, *шеф„- Ь„)= Соответственно на первый .и второй входы сумматора 13 поступают единичные - импульсы (или нули которые суммируются сумматором 13 и псщаются на вход блока 14, котоРый вырабатывает пропорциональное э Фой сумме число 4 а(: =.(9 -9 ) су" д гда 4"(, - шаг коррекции параметра.ф6 (например кяадший разряд числаац . Вто корректирующее воздействйе подается на управляющие входы усредиителей 1,7 и 9, в которых, устанавливается новое значение . постоянной сглаживаыия о =о 0+ вФ, 2. Этим завершается первый цикл" адаптации - вычислений. текущего, среднего значения A. 1018124 Составитель Л. Григорьян-Чтенц Редактор МЯелемеш Техред B.äàäåêîðåé КоррекТор С.Шекмар Эакаэ 3546/48 Тираж 706 — Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул.Проектная,4 Введенные таким образом в режим адаптации вычислителя последующие 2,3... к-ый циклы адаптивной поатройкй параметра 4К производят аналогично первому и в соответствии с указанными соотношениями. Так, к-ый цикл адаптации. начинается при поступле нии Хк= Таким образом, постоянно сравнивая текущие значения смешений оценки 9 и ее среднеквадратического отклонения с допустимым зна чением погрешности д, осуществляется минимизация сумм4эной погрешности оценки значения Й„текущей коррекцией соответствующей постоянной сглажи10 вания о6к-,, что приводит также к существенному увеличению быстродействия (скорости адаптации) при различных типах н стационарностей сигналов по сравнению с вычислите= 15 лем-прототипом .
