Анализатор спектра уолша

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для спектрального анализа случайных процессов, определения их статистических характеристик , в системах виброиспытаний. Цельизобретения - расншрение функциональных возможностей за счет вычисления энергетического спектра Уолша. Поставленная цель достигается за счет того , что устройство содержит четыре счетчика, накапливакщий сумматор, преобразователь прямого кода в дополнительный ,: три триггера, три элемента И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, демультиплексор , шесть мультиплексора, регистр сдвига, э71емент ИШ-НЕ, реверсивный счетчик, умножитель, два элемента ИЛИ, одновибратор, блок, памяти , блок формирования пачек импульW сов, регистр и соответствующие связи между узлами устройства. 2 ил.

СОЮЗ COEKTCHHX

И %

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1264199 А 1 (51)4 С 06 F 15/332

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3894770/24-24 (22) 07.05.85 (46) 15,10.86. Бюл. У 38 (71) Институт технической кибернетики

АН БССР (72) П.И.Чеголин, P.Х.Садыхов, А.В.Шаренков и С.А.Золотой (53) 681. 32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1049919, кл. С 06 F !5/332, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 1020834, кл.. G 06 F 15/332 ° 1983. (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА УОДПА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и мохет быть использовано для спектрального анализа случайных процессов, определения их статистических характеристик, в системах виброиспытаний. Цельизобретения - расширение функциональных возмохностей за счет вычисления энергетического спектра Уолша. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содерхит четыре счетчика, накапливакнций сумматор, преобразователь прямого кода в дополнительный; три триггера, три элемента

И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, де». мультиплексор, шесть мультиплексора, регистр сдвига, элемент HJR-ÍÅ, реверсивный счетчик, умнохитель, два элемечта ИЛИ, одновибратор, блок.па- ф мяти, блох формирования пачек импульcos регистр и соответствующие связи мехду узлами устройства. 2 ил.

1264199

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для спектрального анализа случайных процессов, определения их статических характеристик, в системах виброиспытаний.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления энергетического спектра Уолша.

Энергетический спектр мощности

W„(j) в базисе Уолша случайного процесса х(t) с математическим ожиданием m„ = О определяется как математическое ожидание квадрата коэффициентов разложения отрезка. реализации случайного процесса, т.е.

W„(j) = Иj x(t)wal(j,t)j. () где М вЂ” символ математического ожи1О

20 дания, wal(j,t) — функции Уолша.

N-1 N-1

MI x(t)x(1с)) х

t=-O К=о х(1) N

1 х wal(j,t) wal(j,k). (2)

Отсюда при m = О получают 30

N 1 hl-1

W„(j) = - Е:. „(— ) а1(Ь ).

t.=O к=о х wal(j,k), (3) 35 где R„(t) - автокорреляционная функция процесса x(t).

Преобразуя (3), получают

М1 К () = «N KK к=1 7 =1 х wal(j,k) +—

К () wal(j k-.) х х

N- 2 N-К-1 R,. (i ) wa l (j k+ ) х

K=0 х wal(j,k) + R„(0).

Переставляя индексы суммирования, имеют

° 1

N- I K-1

W< (j) = — R (k -t) wal(j, t)

К=1 t--O е-7 х val (j,k)+ — +k„(t — k): val (j, t)x

K=O )=K+1 45

x wal (j,k)+ — Q R„(0)wal (j,k) х к=о х val(j,k).

Или иначе

Q-t

W„(j).= - R„(i) wal(j,k)wal х ;1 " к-t

1 N-1 N-14

x (j,k-?) +-5 R» () wa1 (j,k) x к=о х ъта1(j,k+Ã) + R» (О) .

Окончательно можно записать

Н-1

wÄ (j) = Е R (с) К„(3, ), 7-о где

2/N R (а), Е Е О

R (t) = х

1/NЕ(0), =0

N-Я

К (j,t ) = L val(j,k).val(j,k+t) к.-о (5) автокорреляционные функции системы

Уолша. Таким образом, соотношение (4 ) пр ед с тавля ет эффе ктив ную пр оцедуру вычисления энергетического спектра мощности Уолша стационарного случайнorо процесса. . На фиг.1 представлена функциональная схема анализатора спектра Уолша, на фиг.2 — функциональная схема блока формирования пачек импульсов.

Анализатор спектра Уолша содержит триггеры 1-3, регистр 4 сдвига, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5, элементы

И 6-8, блок 9 формирования пачек импульсов, мультиплексор 10, счетчики

11-14, умножитель 15, накапливающий сумматор 16 блок 17 памяти, регистр

18, демультиплексор 19, мультиплексоры 20-24, реверсивный счетчик 25, элементы ИЛИ 26 и 27, преобразователь прямого кода s дополнительный 28, вход 29 задания режима, элемент ИЛИНЕ 30 одновибратор 31. Причем блок

9 формирования пачек импульсов ( (фиг.2) содержит триггеры 32 и 33, счетчик 34, элементы ИЛИ 35 и 36, элемент НЕ 37, счетчики 38 и 39, эле1 менты И 40 и 4 1, элемент НЕ 42.

Блок формирования пачек импульсов работает следующим образом.

В исходном состоянии все счетчики и триггер 33 установлены в "О", а триггер 32 - в ".1" ° Тактовые импульо сы через элементы ИЛИ 35 и 36 поступают на тактовые входы счетчиков 38 и 34, а также на выходы 1 и 2 блока

9 формирования пачек импульсов. По накоплении в двоичном счетчике 38

N импульсов на его выходе переноса появляется импульс, поступающий на

1264199 выход 4 блока 9 формирования пачек импульсов,и триггер 32 устанавливается в ".О". "О" на втором входе элемента И 41 запрещает прохождение следую щего (N+1)-го импульса на выход блока 9 формирования пачек импульсов, а также через элементы ИЛИ 35 и 36 на вход счетчика 34 и выход 2 блока 9 формирования пачек импульсов. (N+1)-й импульс, поступая на тактовый вход 10 триггера 32, отрицательным перепадом устанавливает его в "1".

Таким образом, на выходе элемента

И 41, совпадающем с выходом 1 блока

9 формирования пачек импульсов, гене-15 рируется последовательность сигналов.

По накоплении импульсов в счетчике

34 на выходе его перекоса формируется увеличивающая содержимое счетчика 39 на "1" и устанавливающая триг- 20 гер 33 в "1"., которая поступает на вход разрешения загрузки и через элемент ИЛИ 35 — на тактовый вход счет-. чика 34, в который записывается число, накопленное в счетчике 39. "1" на25 вторых входах элементов ИЛИ 35 и 36 запрещает прохождение импульсов на тактовый вход счетчика 34 и выход 2 блока 9 формирования пачек импульсов.

Импульс с выхода элемента И 40, пос- щб тупающий на второй установочный вход триггера 33, устанавливает его в "О", и на выходе 2 блока 9 формируется последовательность импульсов. Каждая последующая пачка импульсов содержит З на один импульс меньше предыдушей,, поскольку счет в счетчике 34 будет начинаться с числа на "1" большего, . чем в предыдущий раэ.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 3 и счетчик 13 обнулены. При этом тактовые импульсы поступают через мультиплексор 24 на счетный вход счетчика

13, формирующего адрес блока 17 памяти, и через элемент ИЛИ-НЕ 30 — на управляющий вход "Чтение/запись" блока 17 памяти, чем обеспечивается запись в блок памяти входного массива данных. По заполнении блока 17 памяти на выходе переноса счетчика 13 сформирован импульс, который, поступая на тактовый вход триггера 3, устанавливает его в "1". При этом на выходе 55 одновибратора 31 формируется импульс, устанавливающий счетчики 11, 12, 14 триггер 1 и блок 13 вывода в "О", "1" на управляющем входе мультиплексора

24 обеспечивает подключение выхода мультиплексора 23 к счетным входам счетчика 13 и накапливающего сумматора 16. "1" на входе элемента ИЛИ-НЕ

30 обеспечивает для блока 17 памяти режим считывания данных. "1" на входе элемента И 8 разрешает прохождение тактовых импульсов на входы счетчика

11 и блока 9 формирования пачек импульсов. Далее в зависимости от управляющего сигнала на входе 29 устройство будет работать в заданном режиме. !

Рассмотрим режим спектрального анализа (на управляющем входе 29—

"О"). В блок 17 памяти записываются ординаты автокорреляционной функции исследуемого процесса, причем

R„(t), при t = О

2R„(t)э при г. О.

На счетчике 11, элементе 7 И и мультиплексоре 10 собран генератор кусочно-постоянных функций Уолша.

Счетчик 12 управляет мультиплексором

10. Низкий- уровень сигнала на управ-. яющем входе демультиплексора 19 подючает выход мультиплексора 10 через элемент ИЛИ 26 к входу регистра 4 сдвига. При этом элемент И 6 запрещает прохождение информации на вход регистра 4 сдвиг а и на вход элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5. Далее по N тактовым импульсам в регистр 4 сдвига записываются ординаты нулевой функции

Уолша.

Импульсом на выходе 4 блока 9 формирования пачек импульсов триггер 1 устанавливается в "1", а триггер 2 и реверсивный счетчик 25 — в "О". Высоким уровнем сигнала на управляющем входе демультиплексора 19 выход мультиплексора 10 подключается к входу элемента ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ-НЕ 5, к дру. гому входу которого подсоединяется выход регистра 4 сдвига через элемент И 6, через элемент ИЛИ 26 регистр 4 сдвига закольцовывается. На выходе элемента ИСКЛЮЧАИМЦЕЕ ИЛИ-НЕ 5

Формируются произведения соответству ющих ординат кусочно-постоянных функций Уолша. Сигнал с выхода элемента

ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ-НЕ 5 управляет направлением счета реверсивного счетчика 25 ("1" — сложение, "О" — вычита— ние} и поступает на информационный вход триггера 2.

1264

Выход переноса реверсивного счетчика 25 подключен к тактовому входу триггера 2, тем самым обеспечивается формирование знака функции К (j,t) на выходе триггера 2. 5

Модуль ординаты функции содержится в реверсивном счетчике 25 согласно выражению (5). Если ордината отрицательна, то триггер 2 установлен в "1" и преобразователь 28 прямого кода в 10 дополнительный формирует дополнительный код. Если ордината положительна, то преобразования кода не происходит.

На выходе умножителя 15 формируются произведения соответствующих ординат 15 функций К (j,t) и отсчетов автокорреляционной функции R„(t), которые накапливаются сумматором 16 по импульсам, поступающим через мульти" плексоры 23 и 24, с выхода 4 блока 9 20 формирования пачек импульсов.

Одновременно содержимое счетчика

13 увеличивается на "1", обеспечивая выбор следующего отсчета антокорреля 25 ционной функции. По переполнении счетчика 13 на его выходе переноса

/формируется импульс, по которому в блок 18 вывода записывается ордината энергетического спектра Уолша, и содержимое счетчика 14 увеличивается на "1". После вычисления всех отсчетов энергетического спектра на выхо-. де переноса счетчика 14 формируется импУльс, который через элемент ИЛИ

27 устанавливает счетчик 13 И триггер 5

3 в "0", Тем самым обеспечиваются начальные условия пуска устройства, Рассмотрим режим вычисления коэффициентов ° В этом случае на Вход 29 40 подается "1". Импульсом "Пуск" через элемент ИЛИ 27 триггер 3 устанавливается в "0". Далее в блок 17 памяти записываются ординаты исследуемого процесса x(t). По заполнению блока

17 памяти на выходе переноса счетчи.ка 13 формируется импульс, устанавли, ающий триггер 3 в "1". При этом импульсом на выходе однонибратора 31 счетчики 11, 12, 14, триггер 1, блок

1S вывода устанавливаются н "0", Да- лее ординаты кусочно-постоянных функций Уолша поступают через мультиплексор 20 на управляющий вход преобразователя 28 прямого кода в дополнительный, на информационный вход которого поступает через мультиплексор

11 код 00 01. Умножитель 15 формирует на выходе произведение отсчетов x(t) 199

Ь на va1 (t) которые затем накапливаются сумматором 16 и по импульсам на выходе переноса счетчика !3 записываются н регистр 18. После заполнения информацией регистра 18 на выходе переноса счетчика 14 формируется импульс, устанавливающий триггер 3 и счетчик 13 в "0" т.е. устройство сиона готово к работе. формулаизобретения

Анализатор спектра Уолша, содержащий первый счетчик, преобразователь прямого кода н дополнительный, накапливающий сумматор, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет вычисления энергетического спектра Уолша, он содержит три триггера, три элемента И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ-НЕ, демультиплексор, шесть мультиплексоров, регистр сднига, элемент

ИЛИ-НЕ, ренерсивный счетчик, нторой, третий и четвертый счетчики, умножитель, два элемента ИЛИ, одновибратор, блок памяти, блок формиронания пачек импульсов и регистр, причем выход первого триггера подключен к первому информационному входу первого мультиплексора, ныход которого подключен к управляющему входу демультиплексора, первому входу первого .элемента И и счетному входу первого счетчика, информационный выход которого подключен к управляющему входу второго мультиплексора, i-й (i =1,п, и — разрядность) информационный вход группы которого соединен с i-м входом второго элемента И и подключен к выходу i-го разряда второго счетчика, выход второго элемента И подключен к первому информационному входу второго мультиплексора, выход которого подключен к первому информационному входу третьего мультиплексора и информационному входу демультиплексора, первый выход которого подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, второй выход демультиплексора подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига„ второй вход первого элемента .ИЛИ объединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ-НЕ и подключен к выходу первого элемента И, второй вход которого подключен к информационному последо1264

5ательному выходу регистра сдвига, тактовый вход которого объединен с первым информационным входом четвертого мультиплексора и подключен к первому выходу блока формирования пачек импульсов, второй выход которого подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, выход переноса которого подключен к тактовому входу второго триггера, информационный вход ко- 1п торого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика и подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, установочный вход реверсивного счетчика объединен с установочным входом 15 второго счетчика, вторым информационнм входом четвертого мультиплексора,. первым установочным входом первого триггера, вторым информационным входом первого мультиплексора и подклю- щ чен к третьему выходу блока формирования пачек импульсов, выход второго триггера подключен к второму информа-, ционному входу третьего мультиплексора, выход которого подключен к управ-25 лякщему входу блока преобразования прямого кода в дополнительный, вход которого подключен к выходу пятого мультиплексора, первый информационный вход которого подключен к информационному выходу реверсивного счетчика, второй информационный вход пятого мультиплексора является входом задания константы устройства, выход четвертого мультиплексора подключен к первому информационному входу шестого мультиплексора, выход которого подключен к счетному входу третьего счетчика и тактовому входу накапливающего сумматора, вход которого под- О ключен к выходу умножителя, первый вход которого подключен к выходу блока преобразования прямого кода в до199 полнительный, второй вход умножителя подключен к выходу блока памяти, управляющий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ-HE адресный вход блока памяти подключен к информационному выходу третьего счетчика, выход переноса которого подключен к первому установочному входу третьего тригге-; ра, счетному входу четвертого счетчика и тактовому входу регистра, информационный вход которого подключен. к выходу накапливающего сумматора, выход регистра является информационным выходом устройства, информационным входом которого является информационный вход блока памяти, управляющие входы первого, третьего, четвертого и пятого мультиплексоров объединены и являются входом задания режима устройства, тактовый вход которого подключен к первым входам элемента ИЛИНЕ и третьего элемента И и второму информационному входу шестого мульти- плексора, управляющий вход которого объединен с вторыми входами второго элемента ИПИ-НЕ и третьего элемента

И, входом .одновибратора и подключен к выходу третьего триггера, второй установочный вход которого объединен с установочным входом третьего счетчика и подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переноса четвертого счетчика, установочный вход которого объединен с установочными входами регистра, первого и второго счетчиков, первого триггера и подключен к выходу одновибратора, второй вход второго элемента ИЛИ является входом запуска устройства, выход третьего элемента И подключен к тактовым входам второго счетчика и блока формирования пачек импульсов.

1264199 фыр 2

Составитель А.Баранов

Редактор И,Касаода, ТехоелN.Хопанич КощектооГ.РешетникЗаказ 5564/50 Тирах 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная, 4