Коррелометр с аппроксимацией ортогональными функциями лагерра

 

1. КОРРЕЛОМЕТР С АППРОКСИМАЦИЕЙ ОРТОГОНАЛЬНЫМИ ФУНКЦИЯМИ ЛАГЕРРА , Содержащий фильтр Лагеррат-го порядка, выполненный в виде последовательно соединенных ячеек с регулируемым параметром, выходы ячеек фильтра Лагерра подключены к первым входам соответствующих блоков умноже ния, вторые входы которых и вход фильтра Лагеррат-го порядка объединены и являются входом коррелометра, блоки усреднения, входы которых подключены к выходам соответствующих блоков умножения, а выходы - к входам первого сумматора, блок регулировки параметров, инвертор, дисперси ометр, группа из t + 1 сумматоров и второй сумматор, выход которого соединен с первыми входами сумматоров группы, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих блоков усреднения, выход первого сумматора через инвертор соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу дисперсиометра, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, блок регулировки параметров содержит четыре сумматора, инвертор , интегратор, группу из Vii корректирующих звеньев, три группы нз +1 перемножителей, группу из m усреднителей и группу из щ квадраторов , причем выходы перемножителей первой группы соединены с входами первого сумматора блока регулировки параметров, выход которого через инвертор блока регулировки параметров подключен к первому входу второго сумматора блока регулировки параметров , выход которого через интегратор с,единен с первыми входами i перемножителей второй группы, управляющими входами корректирующих СЛ звеньев группы и управляющими входами ячеек фильтра Лагерра, выходы которых кроме (и -и подключены к информационным входам последующих корректирующих звеньев группы, информационный вход первого корректирующего звена группы является со эо входом коррелометра, выходы корректирующих звеньев соединены с первыми входами соответствующих перемно4: жителей третьей группы, выходы кото рых через соответствующие усреднители группы подключены к вторым входам одноименных перемножителей второй группы, выходы которых соединены с входами третьего сумматора блока регулировки параметров, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выходы блоков усреднения соединены с первыми входами соответствующих перемножителей группы, вторые входы которых соединены с входами одноименных квадраторов и подключены к выходам

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!)) (5()4 G 06 G 7 )9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3738035/24-24 (22) 04.05.84 (46) 15.12.85. Бюл.1(- 46 (71) Лаборатория аэрометодов Производственного геологического объединения "Аэрогеология" (72) В.А.Блинов (53) 681.383(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 463121, кл. G 06 6 7/19, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Р 529462, кл. 4 06 4 7/19, 1975. (54)(57) 1. КОРРЕЛОИЕТР С АППРОКСИИАЦИЕИ ОРТОГОНАЛЬНЪ|МИ ФУНКЦИЯИИ ЛАГЕРРА, содержащий фильтр Лагерращ-ro порядка, выполненный в виде последовательно соединенных ячеек с регулируемым параметром, выходы ячеек фильтра Лагерра подключены к первым входам соответствующих блоков умноже ния, вторые входы которых и вход фильтра Лагерра Ф-ro порядка объединены и являются входом коррелометра, блоки усреднения, входы которых подключены к выходам соответствующих блоков умножения, а выходы — к входам первого сумматора, блок регули-. ровки параметров, иннертор, дисперси ометр, группа из 1+1 сумматоров и второй сумматор, выход которого соединен с первыми входами сумматоров группы, вторые входы которых подключены к выходам соответст.зующих бло-ков усреднения, выход первого сумматора через инвертор соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу дисперсиометра, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности, блок регулировки параметров содержит четыре сумматора, инвертор, интегратор, группу из )n корректирующих звеньев, три группы из в +1 перемножнтелей, группу из щ усреднителей и группу из )и квадраторов, причем выходы перемножителей первой группы соединены с входами первого сумматора блока регулировки параметров, выход которого через инвертор блока регулировки параметров подключен к первому входу второго сумматора блока регулировки пара-. метров, выход которого через интегратор с.уединен с первыми входами перемножителей второй группы, управляющими входами корректирующих звеньев группы и управляющими входами ячеек фильтра Лагерра, выходы которых кроме Э -й подключены к информационным входам последующих корректирующих звеньев группы, информационный вход первого корректирующего звена группы является входом коррелометра, выходы корректирующих звеньев соединены с первыми входами соответствующих перемножителей третьей группы, выходы кото рых через соответствуюшие усреднители группы подключены к вторым входам одноименных перемножителей второй группы, выходы которых соединены с входами третьего сумматора блока регулировки параметров, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выходы блоков усреднения соединены с первыми входами соответствующих неремножителей группы, вторые входы которых соединены с входами одноименных квадраторов и подключены к выходам сумматоров группы, выходы квадраторов соединены с входами четвертого сумматора блока регулировки парамет. ров, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора блока регулировки параметров.

2. Коррелометр по п.l, о т л и - ч а ю шийся тем, что первое корректирующее звено содержит двухзвенный апериодический фильтр и дифференциатор, выход которого является выходом звена, управляющим и информационными входами которого являются соответственно первый и второй входы двухзвенного апериодического звена, выход которого подключен к входу дифференцнатора.

3. Коррелометр по п.l, о т л и— ч а ю шийся тем, что k -е

1198547 корректирующее звено (k > 2) содержит двухзвенный апериодический фильтр, первый и второй дифференциаторы, делитель, инвертор и сумматор, выход которого является выходом звена, информационным входом которого является информационный вход двухзвенного апериодического фильтра, управляющий вход которого объединен с первым входом делителя и является управляющим входом звена, выход двухзвенного апериодического фильтра через первый дифференциатор соединен с входом инвертора, а через второй дифференциатор — с вторым входом делителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом инвертора.

Изобретение относится к специализированным,средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов. 5

Цель изобретения — повышение

J точности коррелометра.

На фиг.l представлена структурная электрическая схема коррелометра с аппроксимацией ортогональны- 1О ми функциями Лагерра; на фиг.2— структурная электрическая схема блока регулировки параметра; на фиг.3 структурная электрическая схема первого корректирующего звена с ре- !5 гулируемым параметром; на фиг.4— структурная электрическая схема

k-го (k 2) корректирующего звена с регулируемым параметром.

Коррелометр содержит фильтр 1 20

Лагерра m --го порядка в виде последовательно соединенных ячеек l < (k О,l,...,е) с регулируемым параметром, причем вход фильтра 1 является входом коррелометра, группу 25

2> из (я+1) блоков 2 умножения (1 = 0,1,..., m) у которых первые входы соединены соответственно с выходами ячеек 1 „ фильтра 1, а вторые — с входом коррелометра, 30 группу 3 из (+ 1) блоков 3 „ усреднения (k = 0,1,..., в), входы которых подключены соответственно к выхо дам блоков 2 умножения группы 2, блок 4 регулировки параметра, у кото. рого первая группа информационных (ra+1) входов подключена соответственно к выходам блоков 3„ усреднения, третья группа(rn +1) входов соединена с входами ячеек 1 фильтра 1 Лагерра, а выход соединен с управляющими входами всех ячеек фильтра 1 Лагерра дисперсиометр 5, вход которого подключен к входу коррелометра, первый сумматор 6, (но +1) входы которого соединены соответственно с выходами блоков 3 усреднения группы 3, инвертор 7, вход которого подключен к выходу первого сумматора 6, второй сумматор 8 с коэффициентом передачи

In+1 — — по каждому из входов, подключенных соответственно к выходам дисперсиометра 5 и инвертора.7, группу 9 из (m+1) сумматоров 9„, у каждого из которых первые входы соединены соответственно с выходами блоков 3 усреднения группы 3, вторые входы— с выходом второго сумматора 8, а выходы являются выходами коррелометра, Блок 4 регулировки параметра содержит интегратор 10, выход которого является выходом блока 4, пер)198547 вый сумматор ll с коэффициентом передачи 1/2 по первому входу, соединенный своим выходом с входом интегратора 10, первую группу 12 из (111+1) умножителей 12„()с = 0,1,...,)я) первые входы которых соединены с вы-. ходом интегратора 10, второй сумматор 14 и инвертор 14, поДключенные выходами соответственно к первому и третьему входам сумматора ll третий сумматор 15, выход которого соединен с вторым входом сумматора-l),(â+)j входов сумматора )3 подключены соответственно к выходам умножителей

)2>, четвертый сумматор 16, подключенный выходом к входу инвертора

)4, вторую группу из (In +)) умножителей 171,, у которых первые и вторые входы образуют соответственно первую и вторую группы входов блока 4, а выходы подключены соответственно к входам сумматора 16, (я+1) квадраторов 18, у которых входы соединены соответственно с входами второй группы блока 4, а выходы — с входами сумматора 13, (m +)) корректирующих звеньев 19 с регулируемым параметром, у которых информационные входы представляют собой третью группу входов блока 4, а управляющие входы подключены к выходу интегратора 10, третью группу 20 из (в+1) умножителей 20„, у которых первые входы подключены к выходам соответствующих звеньев 19„, а вторые входы соединены с первым из третьей .группы входом блока 4, группу 2) из 1.ю +1) усреднителей

2l входы которых подключены соответственно к выходам умножителей

20,,а выходы — к вторым входам умножителей 12, соединенных своими, третьими входами соответственно с входами второй группы блока 4 регулировки параметра.

Первое корректирующее звено 19д с регулируемым параметром содержит последовательно соединенные между собой двухзвенный апериодический фильтр 22 с перестраиваемой постоянной времени, информационный и управляющий входы которого являются соответственно информационным и управляющим входами первого корректирующего звена 19, и первый дифференциатор 23, выход которого является выходом первого корректирующего звена 19„.

k-å корректирующее звено 19„() =

К-1

= 2,3,..., m) с регулируемым параметром содержит двухзвенный апериодический фильтр 24, информационный

5 и управлякщий входы которого являются соответственно информационным и управляющим входами k -ro звена, второй дифференциатор 25, выход которого подключен к входу числителя делителя 26, второй вход которого соединен с управляющим входом корректирующего звена, инвертор 27 и сумматор 28, у которого первый и, второй входы подключены соответст15 венно к выходам делителя 26 и инвертора 27, причем коэффициент передачи по второму входу сумматора ра1 вен k —, a выход сумматора явля2

20 ется выходом 4 --го корректирующего звена с регулируемым параметром.

Вход инвертора 27 соединен с выходом первого дифференциатора 29. . Коррелометр работает следующим

25 образом.

Центрированная реализация исследуемого случайного процесса Х(Ц поступает на вход фильтра 1 Лагерра

In ro порядка. При этом на выходах щ0 ячеек 1» формируются сигналы х,ц.1(„(и,".) x(t-".)Jñ о где

35 („(«Л < " I.<, весовая функция ячейки фильтра

Лагерра;

-функция Лагерра k --го порядка; к — регулируемый параметр, выраба-тываемый блоком 4 регулировки параметра.

Далее сигналы Х, (1) с выходов ячеек 1 подаются на первые входы блоков 2„ умножения первой группы

2, где перемножаются с исследуемым

50 сигналом Х(t) подаваемым на вторые входы блоков 2 < умножения.

Выходные сигналы блоков 2 умножения поступают на соответствующие блоки 3 усреднения первой группы

3, вырабатывающие сигналы

1!98547 где К„() 2„-2 Р„

mt

C2) 30 - к = х ко х ") — к к((х ") к=о (I=«J (>,("1- „(:(1 м о

5 корреляционная функция исследуемого процесса.

С целью обеспечения равенства

З„-Х„(<) Е13 где О„ — дисперсия исследуемого про цесса Х (4), которое выражает одно из основных свойств корреляционных функций, выходные сигналы 9» блоков

3» подаются на сумматор 6, выходной сигнал которого через инвертор.7. поступает на один из входов сумматора 8 с коэффициентом передачи ! по каждому входу. На другой вход в+1 сумматора 8 поступает сигнал О» с выхода дисперсиометра 5. Выходной сигнал сумматора 8 поступает на вторые входы сумматоров 9 первой группы 9, на первые

k входы которых поступают выходные .сигналы Рк блоков 3„ усреднения.

Выходной сигнал b сумматора 9

Ък=/Зк+Епринимается в качестве коэффициента разложения корреляционной функции

Я ("„) исследуемого процесса Х(Ц

» в ряд по ортогональным функциям

Лагерра.

Из формул (2} и (3) следует равенство при любом еС,,что означает справедливость (1) также при любом еС.,Но от величины параметра ® существенным образом зависит погрешность аппроксимации корреляционной функции 3(„ "„) исследуемого процесса Х((1)

Для поиска величины параметра М обеспечивающего минимальную среднеквадратическую погрешность аппроксимации в коррелометре, приме няется блок 4 регулировки параметра.

Выходные сигналы » блоков 3» усреднения (первая группа входных сигналов блока 4 ) подаются на первые входы умножителей 17„, где они перемножаются с выходными сигналами сумматоров 9„, т.е. с выходными сигналами Ъ» коррелометра, подава"

10 емыми на вторые входы умножителей

17» °

Выходные сигналы умножителей !7„ подаются на вход сумматора 16, выходной сигнал которого через инвер15 тор 14 подается на третий вход сумматора 11.

Выходные сигналы b коррелометра поступают также через квадраторы 18к на входы сумматора 15, выходной

20 сигнал которого подается на вход сумматора 11.

Третья группа входных сигналов блока 4, которыми являются входные сигналы ячеек 1 фильтра 1 Лагерра, 25 подается соответственно на информационные входы корректирующих звеньев 19» с регулируемьм параметром, где формируются сигналы

Y«(t(= J (»» («ф М „, (1 -"»1»(" о (k=0,1,.„, rn), причем

Х,(Ц = Хф где и „ (сс,Ф) — весовые функции корректирующих звеньев

19», управляемых сигналом обратной связи

40 с выхода блока 4.

Сигналы 1„(1) с выходов кор-. ректирующих звеньев 19к поступают на первые входы умножителей 20 группы 20, на другие входы которых

45 подается исследуемый процесс X (t), являющийся, очевидно, и входным сигналом Х,(t) для ячейки 1. фильтра 1 Лагерра.

Выходные сигналы умножителей по,,ступают на соответствующие входы усреднителей 21„, которые вырабатывают сигналы

p» J "«(«М<«„»((1(" о

55 где "хх," (<) - взаимная корреляционная функция сигналов Х к „(Ци X(g)

Сигналы » с выходов усреднителей 21» вместе с входными сигнала-.

1198547 ми Ь второй группы и выходным сигналом юс блока 4 поступают на входы соответствующих умножителей 12 ц, где формируются сигналы g, „и Ъ„ произведений, которые подаются далее на.входы сумматора 13, Выходной сигнал сумматора 13 поступает затем в сумматор 11, который формирует сигнал

/ г (Ю Ill подаваемый далее на вход интегратора 10, вырабатывающего параметр Cвыходной сигнал блока 4 регулировки параметра.

Корректирующие звенья 19 „ с регулируемым параметром, входящие в состав блока 4, предназначены для преобразования спектров сигналов

Х „ ®, поступаюших на входы ячеек

1„ фильтра l Лагерра.

При этом частотная характеристика

Но(юс, ia)) первого корректирующего бовена 19 определяется выражением

H,(«,i<д)- i и P (ж, i ы), I где Ф(g iv)- частотная характеристика двухзвенного аперио) дического фильтра 22 с перестраиваемой постоянной времени oL а частотная характеристика H (g a)

1О (4 = 1,..., Ф) (k +1)-го корректирующего звена 19Ä имеет вид (2/

1сд-(k -4 н„(.,)= „ .<..,„ . (Спектральные преобразования, реализуемые корректирующими звеньями

19», согласованы с частотными характеристиками 6 w (М, iы} ячеек 1 фильтра 1 Лагерра.

Таким образом, блок 4 регулировки параметра M в коррелометре обес печивает непрерывную минимизацию среднеквадратической ошибки о с 3„(4) корреляционной функции исследуемого

25 процесса Х (Ф), независимой от вида последней.

1198547

1198547 ф8ю9

1198547

Составитель Л.Григорьян-Чтенц

Редактор Ю.Ковач Техред Т.Фанта Корректор Л. Пилипенко

Заказ 7723/49 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðoä, ул.Проектная,4