Анализатор спектра

 

Изобретение может быть использовано в системах анализа энергетического спектра в условиях априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов . Цель изобретения - повышение точности измерения спектра. Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра с линейным прец

g)) а G 01 R 23/16 ЮЩ%В ЛК ЮМБЗ tG 7 . ОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ

AQ QOSPETEHNRQ H OTHPHTHR34

ГРИ РОТ СССР (ъ () /,(. /.7 / . (22) " 0 89 (Дс) 7" . 05 Q ) Яр я, р (/: ) 1 ор.. ковск1" è политехнический

*.нс : итут (72) H.,Ç„Càâ÷eÿêî,, Д. О.сватьев

;I Г ..":.Еомакова (53) 681.3 (088.8) (56) авторское cB 1HGTps bcTBo CCCP

@ 32753!5 „- 6 0 ",ц 23 l6

2 (54 } АКЛ ГЫ ЛтаР СПК К ТРА (57) Кзобре ение может быть пспользова".о в системах анализа знергетического спектра в условиях ма-.îé априорной информации о классе или параметрах исследуемых случайных процессов. Цель изобретения — повышение точнссти измерения спектра. Пос-.явленная ель достигается тем, что в анализатор спектра с линейным пред1651226 сказанием введены вычислитель 11 а»плитудно — частотной характеристики, который содержит регистр константы„ два сумматора, два умножителя и пос5 тоянное запоминающее устройство, а также вычислитель 12 дисперсии, блок

13 памяти, блок 14 взвешивания, вычислитель 15 весовых коэффициентов, косорый содержит умножитель, накапливающий сумматор, блок вычитания,масштабный усилитель, сумматор и блок памяти, кроме того введены блок 16 памяти, сумматор 17, блок 18 памяти, блок 19 Обращения. Анализатор спектра также содержит ai.алого-цифровой преобразователь 1, элементы PJM 2 и 3, измеРитель 4 .цисперсии, блок 5

Изобретение Относится к рациоизмерительной технике R МОжет быть Hc— попьзовано для анализа энергетичес«О -o спектра в условиях малой априорной информации о кла-се или параметрах исследуемых случайных пропес=-ов.

Цель изобретения — повышение точ1ости измерения спектра.

На фиг.1 представлена структурная схема анализатора спектра с линейным предсказанием.; на фиг.2 — струкгур:-.Оя схема вычислителя амплитудно-час. 35

I тотной характ ристи ._#_ tна фиг,3 с" руктурная схема вь."числителя весовых коэффициентов.

Анализатор спектра с линейным р1 0 предсказанием содержит (фиг. 1) вход= ной аналого-цифровой преобразователь

1, элементы ИЛИ 2 и 3, измеритель 4 дисперсии, блОк 5 фОрмирования микрокоманд, блоки 6 и 7 памяти, решет IaIEIII фильтр 8, Вычисл -.. ль 9 частных корреляций, квадратор 10, вычислитель 11 амплитудно-частотной характеристики, вычислитель 12 дисперсии, блок 13 памяти, блок 14 взвеши5G вания, вычислитель 15 весовых коэффициентов, блок 16 памяти, сумматор

17, блок 18 памяти, блок 19 Обращения, В анализаторе спектра с линейным предсказанием входом является вход

-.íaëîão-цифрового преобразователя 1, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ 2 и 3 и с вхоформирования микрокоманд, блоки 6 и

7 памяти, решетчатый фильтр 8, вычислитель 9 частных корреляций, квадратор 10. Сужение множества возможных реализаций искомой оценки спектра. и отбрасывание из рассмотрения реализаций с недопустимыми отклонениями от истинного спектра достигается за счет того, что дополнительно к информации о частотной характеристике и дисперсии решетчатого фильтра N-го порядка в результирующей оценке используется информация о частотных характеристиках фильтров меньших порядков с 1-го по (N-1) -й включительно Одновременно с дисперсиями их откликов, 2 з.п. ф-лы, 3 ил, дом измерителя 4 дисперсии, причем выходы элементов ИЛИ 2 и 3 соединены соотвегственно с входами блоков 6 и

7 памяти, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами решетчатого фильтра 8, первыи выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 2 и первым входом вычислителя 9 частных корреляций, второй вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ 3 и с вторым выходом решетчатого фильтра 8, третий вход которого соединен с выходом вычислителя 9 частных корреляций и входом квадратора 10, выход которого соединен с первыми входами вычис— лителя 12 дисперсии и вычислителя 11 амплитудно-частотной характеристики, второй вход последнего из которых соединен с входом квадратора 10, а выход — с входом блока 13 памяти. выход которого подключен к третьему входу вычислителя 11 амплитудно-частотной характеристики и к первым входам блока 14 взвешивания и вычислителя 15 весовых коэффициентов, второй вход последнего из которых соеди IBEI с выходом блока 16 памяти, вход которого подключен к выходу вычислите.пя 12 дисперсии, выход вычислителя 15 весовых коэффициентов соединен с вторым входом блока 14 взвешивания, выход которого соединен с первым входом сумматора 17, выход которого подключен к входу блока 18 памяти, выход которого соединен с вторым вхо1651226

8„= — f,.(1)+Ь, (1) +

+ (f, (1)-ь, (1)) ) = I-4f <(1)ь, (()), Sf < = (If, (I)+b, (1}) +(f, (1) Ь, (1)J I = (2(f, (1)+Ь, (1))), 55 ентов соединены соответственно с управляющим входом умножителя ?6, входом чтения блока 31 памяти и входом адресации последнего.

Анализатор спектра работает следующим образом, В исходном состоянии в блоке 5

Формирования микрокоманд установлены

1. начальные условия. На информационный вход аналого-цифрового преобразователя 1 подается исследуемый сигнал х(с), а на управляющий вход— тактовый сигнал с первого выхода блока 5. Полученный ряд отсчетов I5 х поступает через элементы ИЛИ 2 и 3 на информационные входы В соответствующих блоков 6 и 7 памяти. Одновременно на входы "С2", "С1" и "А" блоков 6 и 7 памяти поступают такто- 20 вые импульсы с третьего, четвертого и пятого выходов блока 5. Одноврег:åíно отсчеты сигнала с выхода аналого-цифрового преобразователя 1 поступают в измеритель 4 дисперсии, в котором определяется дисперсия входного сигнала, С второго выхода блока 5 подается сигнал на управляющий вход измерителя 4, с выхода которого сигнал дисперсии Рц поступа- 30 ет на вход вычислителя 12 дисперсии (фиг. I) .

По тактовым импульсам с четвертого выхода блока 5 формирования микрокоманд, поступающим на входы "C I" блоков 6 и 7 памяти, с их выходов считывают последовательности кодов

Г„(1) и Ь„(1) ошибок предсказания

"вперед и назад соответственно и они поступают на входы "В1" и 40

"В2" решетчатого фильтра 8, на выходах которого формируются значения

i,(1) = f,(1); b (1) = Ь()(1-1) . Эти последовательности вновь записываются по тактовым импульсам С2 и ад- 45 ресам "А1" (третий и пятый выходы блока 5) в те же ячейки блоков 6 и 7 памяти и оцновременно подаются на входы "ВI" и "В2" вычислителя 9 частных корреляций, где суммируются, возводятся в квадрат и снова попарно суммируются, образуя новые последовательности.

По тактовому импульсу СЗ, поступающему на второй управляющий вход вычислителя 9 частных корреляций, на выходе последнего формируется значение коэффициента частной корреляции

q„, соответствующего n = I, Б /S 2 . Коэффициент q частной корреляцйи по тактовому ймпульсу

"С4" (седьмой выход блока 5) подается на вход "ВЗ" решетчатого фильтра

8 (фиг. 1), где этот коэффициент умножается на последовательности f (1) и Ь (1) ошибок предсказания "вперед"

11 11 и назад, а результаты умножения складываются с последовательностями

f (1) и Ь о(1) . Одновременно коэффициент q, поданный на второй вход вычислителя 1 I амплитудно-частотных характеристик (фиг,2), поступает на вход умножителя 25 и на вход квадратора 10, С выхода квадратора 10 значение квадрата коэффициента частной корреляции q подается на вход сумматора 21 в вычислителе 11 и по тактовому импульсу "C311 подается на вход "В1" вычислителя 12 дисперсии, в котором производится вычисление дисперсии ошибки предсказания

P = P (1 — (" ).

И о "n

С выхода вычислителя 12 дисперсии значение Р поступает на вход блока

16 памяти и записывается в нем по тактовому импульсу и адресу поступающих с 18-го и 20-го выходов блока 5. Тактовые импульсы "С6", "С7," и адрес "А2" (10, 11, 12-й выходы блока 5) поступает в вычислитель 11 амплитудно-частотной характеристики (фиг.2), при этом производятся следующие вычисления.

Квадрат коэффициента частной корреляции q складывается в сумматоре

21 с коэф(ициентом, равным "1", затем в сумматоре 22 полученная величина суммируется с произведением коэффициента частной корреляции qI, и кода гармонического сигнала, записанного в ПЗУ 24, и в умножителе

23 вычисляется величина квадрата амплитудно-частотной характеристики

KI (f) K>.,(f) (1+(11)+2q „ (-()s 2 П fJ

1, F, которая подается на информационный вход "В" блока 13 памяти. Одновременно с 13-го и 15-го выходов блока 5 поступают тактовый импульс раз1651226 (i)=y,()+1, (t;„()/(Яд (i)K„(f)J)-P„I, (. " Н

30 решения записи и адрес на входы "С2" и "А" блока 13 памяти. При установке начальных условий в блоке 13 памяти

2 были сформированы значения К (Г) 1.

Этими операциями завершается первая итерация (n = 1). Последующие итерации (п = 2, З...N) осуществляются аналогично и определяют значения дисперсии и амплитудно-частотных харак° теристик фильтров предсказания ошибки от второго до N-ro порядка включительно. На следующем этапе осуществляется расчет набора из (N+1)-ro весовых коэффициентов. По тактовому импульсу и адресу, поступающим с

14-го и 15 -го выходов блока 5 на выходы "С1" и А" блока 13 памяти, с его выхода на вход Б1 вычислителя где и =, N, i = 1, I, Б момент i = 1 задают значения ф (1)

Ц

25 Ъ< (1) = О, и = 2, И, а велиР чина коэффициента фиксируется постоянной из условия сходимости итерации к искомым — îðíÿì системы уравнений

2, О(f)KÄ(t) f = Р,, J G(f)K, (f)df = P,, 1 С(а)К, -„(Г)Н = PÄ.

= 5

На 1-й итерации заканчивается вычисление весовых коэффициентов.

С выхода вычислителя 15 коэффициент ф11(i) поступает на второй информационный вход блока 14 взвешива- 4О ния .

На следующем этапе вычисляется текущая оценка спектра по коэффициентам ф (1) (n = О, М)„

По тактовым импульсам, поступаю- 45 щим с 14-ro выхода блока 5 на выход

"С1 блока 13 памяти и синхровход блока 14 взвешивания, с выхода блока

13 памяти на информационный вход блока 14 поступают отсчеты квадратов амплитудно-частотных характеристик

К„(Г). С выхода блока 14 произведе, 2 ние Q„(i) K„(f) поступает на вход сумматора 17, а с его выхода на информационный вход "В" блока 18 памяти„ на управляющий и адресный входы

55 которого поступает импульс с 16-ro и 17-го выходов блока 5, совокупность сумматора 17 и блока 18 памяти

15 весовых коэффициентов (первый вход умножителя 26) поступают отсчеты квадратов амплитудно-частотных ха рактеристик фильтров предсказания

К (f), п = 1, N (фиг. 3). Опновре2 менно на вход "СЗ" вычислит ля 15 (у правя яющий вход умн ожи т е.": я 26 ) поступает тактовый импульс "С9" (21-й выход блока 5) . По тактовому импульсу, поступающему с 10-i о выхода на входы "С1" блока 16 памяти и вычислителя 15, с выхода блока 16 памяти на вход "В2" вычислителя 15 подается значение дисперсии ошибки линейного предсказания Р .

Вычисление весовых коэффициентов

,П производится итеративно по отно— шению образует накапливающий сумматор, С выхода блока 18 результат суммирова2 ния .> и (-1) К,„(f) поступает на

Й второй вход сумматора I 7 и информапионный вход блока 19 обращения па тактовому импульсу с 14-го выхода блока 5. На управляющий вход блока

19 поступают импульсы "С8" с 16-ro выхода блока 5. На выходе блока 19 формируется оценка спектра

Л и

G(f) = 1/, (— 1) K„(f))

Д=1 и подается на третий информационный вход "B3" вычислителя 15 весовых коэффициентов (фиг, 3 ), где в умножителе 26 по тактовому импульсу "С9" эта величина умножается на К (Г) результат умножения поступает в на— капливающий сумматор 27, где суммируется по частоте f = 1,, Го тактовому импульсу с 19-го выхода блока 5 результат суммирования посту— пает в блок 28 вычитания, где иэ него вычитается значение дисперсии ошибки линейного предсказания P

И затем в масштабном усилителе 29 умножается на коэффициент / и в сум— маторе 30 результат сум." ируется со значением, полученным на этапе предыдущей итерации, По тактовому иипульсу и адресу, постунающеиу на выходы "С1" и "А" блока 31 памяти, результат суммирования записывается, а по тактовому

1651226

lZ импульсу, поступающему на вход "C2" с 14-го выхода блока 5, считывается с блока 31 памяти и поступает на выход вычислителя 15 весовых коэффициентов. На последней I-й итерации 5 иа выходе блока 19 обращения (фиг.1/ формируется величина результирующей л оценки спектра G(f) .

Таким образом, в анализаторе дополнительно к информации о частотной характеристике ZÄ(f) и дисперсии

Р решетчатого фильтра Л-го порядка

К . в результирующей оценке используется информация о частотных характеристиках K<(f) фильтров меньших порядков с 1-ro по (N-1)-й включительно, одновременно с дисперсиями Ре, Р„,..., Р их откликов. При этом учитывает И-( с.л известное свойство некоррелирован- 2е, ности всех упомянутых откликов между собой. Благодаря дополнительной информации об анализируемом процессе предлагаемая оценка спектра G <(f)

1/(," $z КИ(Е)) о отличие от извес-.лой С (f)=1/L1(, К (Е)), гле т111 — Р/Р и при правильном выборе весовых коэффициентов ф, 9,,...., 7)(удовгетворяет одновременно {N+1) априорным условиям вида:

)О(Е)К (Е)4Е = И л = О, 1,..., N.

В результате этого значительно сужается множество возможных реализаций

:*,:скомой оценки спектра, отбрасываются из рассмотрения реализации с недопустимыми отклонениями от истинного спектра, тем самым повышается точность оценки спектра. Кроме того, введение новых блоков позволяет про40 изводить оценку спектра за N /6 операций, что обеспечивает повышение точиости измерения при ограниченной разря ности блоков анализатора.

45 формулаизобретения

1. Анализатор спектра, содержащий аналого-цифровой преобразователь, блок формирования микрокоманд, измеритель дисперсии, первьпс и второй элементы ИЛИ, первый и второй блоки памяти, решетчатьпс фильтр предсказания, вычислитель частных корреляций, кпадратор, причем вход аналого-цифрового преобразователя является входом анализатора спектра, а выход соединен с входом измерителя дисперсии и с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго блоков памяти, выходы последних из которых соединены соответственно с первым и вторым входами решетчатого фильтра, третий вход которого соединен с выходом вычислителя частных корреляций и входом квадратора, причем первый и второй выходы решетчатого фильтра соединены соответственно с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ и с первым и вторым входами вычислителя частных корреляций, первый выход блока формирования микрокоманд соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и с первым управляющим входом измерителя дисперсии, второй управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока формирования микрокоманд, третий, четвертый и пятый выходы последнего подключены к соответствующим входам записи, чтения и адресации первого и второго блоков памяти, причем- входы чтения первого и второго блоков памяти соединены с первым управляющим входом вычислителя частных корреляций, шестой и седьмой выходы блока формирования микрокоманд соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами решетчатого фильтра, причем восьмой выход блока формирования микрокоманд соединен с вторым управляющим входом вычислителя частных корреляций, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения спектра, в него введены вычислитель дисперсии, вычислитель амплитудно-частотной характеристики, третий, четвертый, пятый блоки памяти, блок взвешивания, сумматор, вычислитель весовых коэффициентов, блок обращения, при этом четвертый выход блока формирования микрокоманд соединен с третьим управляющим входом решетчатого фильтра, а выход квадратора соединен с первыми входами вычислителя дисперсии и вычислителя амплитудночастотной характеристики, второй вход последнего из которых соединен с входом квадратора, причем выход четвертого блока памяти соединен с третьим входом вычислителя амплитудно-частотной характеристики и первыми входами блока взвешивания и вычислителя весовых коэффициентов, 15122? б

l4 выход последнего из которых соединен с вторым входом блока взвешивания, выхэд котарагс подключен к

-.fepII0ìó входу сумматора, а второй .,ХОД ПОСЛЕДНЕГО СОЕДИНЕН С ВЫХОДОМ 5

ГятОГО б 1Ока памяти и информационным гхадом блока абращепия, Восьмой - Jfeзятый выходы блока фармираван1ья мпкраксманд соединены соответственнс с

IfeðI:bì и вторы. управляющими Входами

10 вычислителя дисперсии, причем выход изм -.|Ителя дисперсии соединен с вта20

Райс . -)Е .,:;-" .- .-";; Г,ee-! Ь);...З I !I.I(eËÖàЫ- »О: "1 .;

СТ т --.;, (|ПО ), П )CPIã.,! ? ВТОР .?„;Г.; ра11 пг.),1));;". В1:О) .:а..1 11 13хс )«<) цр есацип

В1?1Ч1)С?1 Т < ЛЯ а.|;-,Л„<-УЦ,!0?-Ч-" -"O:I I-;01-.. Характе,.;!cг)1кп. Выхсд котарсга coegHCeI1H : K0" 0)»ОГО Сoe,;: )!Iel Ы СООТВЕTC 1

30 пенна с 1 ппад-;ать1:; <

Выходы паследпега -10дключены

Ветственпс к гхсдам записи, адресаци 1 тре:--,.-.e.г-а блока па1.J!THÄ вход чтения которагс соединен с перв ь)м ??IIр азля10щим Вх ОдОм вы< | и слит еля весовых каэффиц11ентов, второй управляющий ВхОд кО. Ор0 -0 саедIп1ен с двадцать первым выходам блока формирования микрскоманд, четыр11адцатый выход которого соединен с управляюшчм входом блаха взвешивания„ с т хадОМ чтения пятОГО блОка IIQMJ!TH и третьим управляющим входом зычислителя весавьп: коэффициентов, вход адресации которого подключен к двадцать второму выходу блока формирования микрокоманд.

2. Лнапизатор по п.1, а т л и— ч а ю шийся тем, что вычислитель амплитудно-частотных характерисс ос т- 40 чтения, 1?ьь1 <входом выч.1слителя дисперсии, Выход Koтo„"Ога соединен с входом третьеf. GJI!J;; <1а яти, выход которсга пац- "

BbI)IHCJIiITЕЛЯ ь :.с эв.:;. коэ,-.."?ф1г: .-=.Нтав„третий .-.ход

)гася:1!;Ие "с и<».— <0 )-.:.н к въ<хад, блока

0.?ра)шеи".-:;::;:л.яе т? я вьгх-..дс?м -.. сттпк содерж11т ре гистр ксн стан ть1, первый и второй сумматоры, постоянное

3а<п01)1ина10щее устройство IIepBb<;I и второй умножители, причем выход регистра константы соединен с IIeрвым входом первого сумматора, вьр;o)", которого соединен с первым входом второго су<:|матара второй вход Ко араго подклю=1ен к выходу первого у.1)10=. ж<1теля, первый В::ад которого соедпнен с выходам посToÿííoão запами-11а10а)1ега устройства причем адресный вход последнего является входом адресации Вычислителя амплитудна-ча";0TH0é характеристики первый и второй Входь1 которого соединены солт:3e "С 1 -,)CI-I!.fro C В ГОРЬ „И ВХС;. МI» ГЕРВ01 О сумматора и перва ГО

9 вый управляющий вход которого сое.динен с управляющим входом накапливающего сумматора и с входом записи блока памяти, выход которого соединен с вторым входом сумматора и является Выходом вычислителя весовых ксэфэ?ициентсв„ второй и третий управляющие Входы и вход адресации котopoIо подк1пэчены соответственно к управля1эщему входу умнажителя, к входу чтения блока памяти, к входу адресации блока памяти.

1651226

Составитель Я. Кондратов

Редактор Е.Папп Техред А.Кравчук Корректор Н.РевскаЯ

Заказ 1605 Тираж 434 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101