Адаптивный анализатор спектра

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5п5 G 01 R 23/16

ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ЕДОМСТВО СССР

ОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТГНИЯ

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1) 4884123/21

2) 19.11.90

6) 30.08.93, Бюл. N 32

1) Нижегородский политехнический инстут

2) А.Н.Костюнин

6) Авторское свидетельство СССР

1777097, кл. G 01 R 23/16, 1990, 4) АДАПТИ В Н Ы Й АНАП И ЗАТОР СП Е КТ7) Изобретение относится к измерительй технике и предназначено для использония в радиотехнических системах зличнпго назначения, в частности радио... Ы, 1837240 А1 локационных, радионавигационных, системах радиосвязи для спектрального анализа многокомпонентных случайных процессов.

Целью изобретения является повышение быстродействия адаптивного анализатора спектра, Цель достигается введением в устройстве блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, выполнением адаптивного решетчатого фильтра 2. Устройство также содержит входной аналогоцифровой преобразователь 1, измеритель 3 дисперсии, блок 4 деления, блок 5 формирования микрокоманд, блок 7 дискретного преобразователя Фурье. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. г- 4 Z

11 +I+ ?) 1 В4-+/+42) 2 ipse 8<(++2)

1837240

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности радиолокационных, радионавигационных, систеглах радиосвязи для спектрального анализа многокомпонентных случайных процессов, Целью изобретения является повышение быстродействия, На фиг.1 представлена структурная схема адаптивного анализатора спектра; на фиг.2 — структурная схема адаптивного решетчатого фильтра; на фиг.3 — структурная. схема блока вычисления коэффициентов линейного. предсказания; на фиг,4 — временная диаграмма распределения синхро импульсов.

Адаптивный анализатор спектра содер>кит входной аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, последовательно 20 соединенные адаптивный решетчатый фильтр 2, измеритель 3 дисперсии и блок 4 деления, блок 5 формирования .микрокоманд, блок 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, блок 7 дискретного 25 преобразователя Фурье. М выходов адаптивного решетчатого фильтра 2 соединены с соответствующими М информационными входами блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, М выходов ко- 30 торого подключены к M соответствующим входам преобразователя 7 Фурье. Первый, второй, третий и четвертый входы синхронизации последнего соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восылым 35 выходами блока 5 формирования микрокоманд, шестой выход которого подключен к синхровходам АЦП 1, измерителя 3 дисперсии, блока 4 деления и вторым синхровходам адаптивного решетчатого 40 фильтра 2. Первый, третий и четвертый синхровходы адаптивного решетчатого фильтра 2 подключены соответственно к первому. седьмому и восьмому выходам блока 5 формирования микрокоманд, пер- 45 вый, второй и третий синхровходы блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами блока

5 формирования микроко ланд, выход блока 50

4 деления является выходом спектроанализатора.

Адаптивный решетчатый фильтр 2 состоит из M идентичных последовательно соединенных звеньев 8-1...8-М, квадраторов

9, 10 и сумматора 11, входами соединенного с выходами квадраторов 9, 10. Выход сумматора 11 соединен с первым выходом фильтра 2, входы квадраторов 9, 10 подключены к первому и второму выходу M-|o звена 8-M фильтра. Информационный вход фильтра 2 подключен к первому и второму информационным входам первого звена 8-1, первый, второй и третий и четвертый входы синхронизации фильтра 2 подключены соо-;ветственно к первому, второму, третьему и четвертому входам синхронизации всех M звеньев 8-1...8-М, третьи информационные выходы звеньев являются выходами адаптивного решетчатого фильтра 2. Каждое из

М звеньев 8-1...8-М состоит из квадраторов

12, 13, блоков 14, 15, 16 задержки, регистров

17, 18 сдвига, блоков 19, 20, 21 умножения, сумматоров 22, 23, 24, 25, делителя 26. Первый информационный вход звена 8-1 соединен с входом квадратора 12, первым входом умножителя 19, информационным входом первого регистра 17 сдвига, а второй информационный вход звена является информационнг м входом блока 14 задержки, выход которого подключен к входу квадратора 13, второму входу блока 19 умножения, информационному входу регистра 18 сдвига. Выходы квадраторов 12, 13 соединены соответственно с вторым и третьим входами сумматора 22, первый вход которого подключен к выходу блока 15 задержки, Выход сумматора 22 является входом блока 15 задержки и первым входом делителя 26. Выход блока 19 умножения соединен с первым входом сумматора 23, второй вход которого подключен к выходу блока 16 задержки. Выход сумматора 23 подключен к входу блока

16 задер>кки и второму входу делителя 26, выход которого является третьим информационным выходом звена 8-1 и соединен с вторыми входами блоков 20, 21 умножения, Выход регистра 17 сдвига подключен к первым входам сумматора 24 и блока 20 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 25. Выход второго регистра 18 сдвига подключен к первым входам сумматора 25 и блока 21 умножения, выход которого подключен к второму входу сумматора 24. Выход сумматора 24 является первым информационным выходом звена 8-1, вторым информационным выходом которого является выход сумматора 25. Первый вход синхронизации звена 8-1 подключен к синхровходу делителя 26, второй вход синхронизации соединен с входами синхрониэао ии блоков 14, 15, 16 задержки, третий вход синхронизации подключен к входам синхронизации квадраторов 9, 10, 12, 13 и блоков

19, 20, 21 умножения, четвертый вход синхронизации соединен с входами синхронизации сумматоров 11, 22, 23, 24, 25. Третий информационный выход m-го (m = 1 M) звена соединен с m-выходом адаптивного решетчатого фильтра 2, 5

1837240

10

30 м

2 Х гm — 1,L — (m — 1)(M+2)+1 Ьв — 1.L — (m — 1)(м+г)

L=1 qm, m(M+2)+1

M г

Х (Ггп — 1 L — (m — 1)(М+г)+1 +Ьm — 1,L — (m — 1)(М+2) ) =1

Блок 6 вычисления коэффициентов лиI HeAHotQ предсказания состоит из М вычис. ительных каскадов 27-1...27-М, имеющих .регулярную структуру и соединенных послеовательно. Каждый m-й каскад (m = О, M =

1) имеет m+ 1 информационных входов, из которых m входов подключены к m соответствующим входам (m-1)-го каскада, à (m+1)-й ход является (m+1)-м информационным ходом блока 6 вычисления коэффициентов инейного предсказания. М выходов (m-1)о каскада являются информационными выодами блока 6 вычисления коэффициентов инейного предсказания, первый, второй и ретий входы синхронизации подключены оответственно к первому, второму и третьму входам синхронизации каждого вычисительного каскада. При этом каждый m-й аскад содержит ряд из m умножителей 28„.28-m, ряд из m сумматоров 29-1...29-m u лок 30 задержки, i-й информационный ход (l = 1,M) m-го каскада соединен с перым входом l-го умножителя 28-i и первым ходом l-ro сумматора 25-l, вторые вхоы умножителей 28-1...28-m объединеы и соединены с (m+ l)-м входом аскада 27-(m+1) и подключены к перво.у входу блока 30 задержки, выход l-го множителя 28-1 соединен с вторым ходом (m-i+1)-ro сумматора 29-(m-i+1), ход l ãî сумматора 29-l является (-м нформационным входом каскада 27- (М+1), (гп+1)-м выходом является выход блоа 30 задержки. При этом в каждом каскаде

° ° г е q,L- коэффициент частной корреляции я m-го звена 8-m. m = 1,М, в момент вреени L;

lm,Li Ьв,L ОШИбКИ ПряМОГО И ОбратНОГО редсказания на выходе m-го звена в моент времени L.

Одновременно по М+1 синхроимпульсам С6 (фиг.4), поступающим с шестого выхрда блока 5 формирования микрокоманд, М+1 значение прямой и обратной ошибок

ПДЕдСКдэаНИЯ Гв-1Д:(в-1)(М+2} 1, Ьп1-1Л:(в-1)(M+2) з поминаются соответственно в регистрах

1 и 18 сдвига. Деление производится в делителе по синхроимпульсу С1, поступают ему с первого выхода блока 5 формирования микрокоманд, одновременно с

В ЧИСЛЕНИЕМ qm,L-m(M+2)+1 дЛя ПрЕдЫдущЕГО

О СЧЕта ПО ЭНЗЧЕНИЯМ qm,L-m(M+2), Ьгп-1,(=в(М12) г -1,L-в(п+2)+1 в сумматорах 23, 24, блоках 19, первый синхровход соединен с синхровходом блока 30 задержки, второй синхровход подключен к синхравходу каждого умножителя 28-1...28-m, а третий синхровход соединен с синхровходами каждого сумматора

29-1 ...29-m.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в блоке 5 формирования микрокоманд установлены начальные условия. Предварительно в измерителе

3 дисперсии, блоках 14, 15, 16, 30 задержки, преобразователе 7 Фурье записаны нулевые значения.

При измерении спектра на вход анализатора подается исследуемый сигнал x(t), а в блоке 5 формирования микрокоманд на шестом выходе вырабатывается сигнал, который поступает на управляющий вход АЦП

1. Полученный отсчет х(с выхода АЦП 1 поступает на информационный вход адаптивного решетчатого фильтра 2, где поступает в первое звено 8-1 на третий квадратор

12, первый умножитель 19, первый блок 14 задержки, первый регистр 17 сдвига. В соответствии с М синхроимпульсами С7, С8 (фиг.4), поступающими соответственно с седьмого и восьмого выходов блока 5 формирования микрокоманд, в третьем и четвертом квадраторах 12, 13, сумматорах 22, 23, умножителе 19, используя блок данных объемом М, вычисляется одновременно во всем М звеньях 8-1...8-M делимое и делитель выражения

20 умножения с приходом синхроимпульсов

Сб, С7 на первом и втором информационных выходах звена 8--и ошибки прямого и обратного предсказания по соотношению

ЬвА-m(M+2) Ьп1-1, m(M+2) ЦвА-m(M+2) х

Х t m-1Л:в(М+г)+1;

Гп1, L-m(M+2) Гв-1, m(M+2)+1 qm, m(M+2)

X bm-1, m(M+2)+1.

Ошибки предсказания ьм,(.-м(м+2) гм,L-M(M 2) с выходов последнего звена 8-М адаптивного решетчатого фильтра 2 возводятся в квадрат по стробу Сб и суммируются по стробу С8 в квадраторах 9, 10 и сумматоре 11. С первого выхода фильтра 2 ошибка е L-M(M+2)+1 - b м, -м(м+г) + t м,(.-м(м+2) г г 2 поступает на вход измерителя 3 диспер1837240 сии, реализующего функцию ог!:м(м+2)-г-,1, аг!.-M(M+2) + l L-M(M+2)- с выхода которого

2 в блок 4 деления поступает задержанное значение дисперсии ог(:м(м+г)-г .

Одновременно с обработкой в адаптивном решетчатом фильтре 2 входного сигнала происходит формирование коэффициентов линейного предсказания в блоке

6 вычисления коэффициентов линейного предсказания..

По синхросигналу С2, поступающему с второго выхода бгока 5 формирования микрокоманд, M коэффициентов линейного предсказания q1...QM поступают на М входов блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, в котором коэффициент отражения qm поступает на (m+1)-й вход m-ro каскада 27-(М+1), m коэффициентов линейного предсказания поступают с соответствующих выходов (m-1)-го каскада 27-m, где по синхроимпульсу СЗ умножаютСЯ на коэффиЦиент отРажениЯ Qm, далее по синхроимпульсу С4, поступающему с четвертого выхода блока формирования микрокоманд, на выходах m-ro каскада формируются коэффициенты линейного

ПрЕдСКаэаНИя А1.Ьп(МК)".Am- !д:в(М+2). а ПО синхросигналу С2 — Am,L-m(M 2) по соотношениям

An !:ь М+2)-1 An, m(M+2) + QmAm-n, m(M+2), где n — номер отсчета импульсной характеристики (и = 1...М).

В остальных каскадах вычисление коэффициентов отражения происходит аналогично.

В итоге на выходе последнего вычислительного каскада 27-М сформированн ь! значен ия коэффициентов линейного предсказания (импульсной характеристики), задержанные на М(М+2)+1 такт дискретизации (синхросигнал C6) относительно момента прихода соответствующего отсчета XL.

Одновременно с адаптивным решетчатым фильтром 2 и блоком 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания работает преобразователь 7 Фурье, реали-. зующий дискретное преобразование Фурье по соотношению м — 1

К, - Х Amexp(-)2лт/М).

С выхода преобразователя T Фурье отсчеты квадратов АЧХ К L-м(м+2)-2 поступают г на первый вход блока 4 деления, на второй

30 ход сумматора соединен с первым выходом фильтра, входы коэдраторов подключены к

55 вход которого подают значения дисперсии ог!=м(м+г)-2 с выхода измерителя 3 дисперсии. 0о импульсам, поступающим с четвертого выхода блока 5 формирования микрокоманд на управляющий вход блока

4 деления. происходит вычисление оценки спектра по соотношению

Ь=M(M+2)3(g = ог!-м(м+г)-г /К L-M(M г)-2.

Оценка спектра для следующего отсчета данных Х1+! будет сформирована на следующий такт (-М(М+2)-2 аналогично предыдущей оценке спектра.

Формула изобретения

1. Адаптивный анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные входной аналого-цифровой преобразователь, адаптивный решетчатый фильтр, измеритель дисперсии и блок деления, блок формирования микрокоманд и блок дискретного преобразователя Фурье, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход которого соединен с выхо- . дом устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него введены дополнительный блок вычисления коэффициентов линейного предсказания, М информационных входов которого соединены с М выходами адаптив- . ного решетчатого фильтра, М выходов подключены к М соответствующим входам преобразователя Фурье, первый, второй, третий и четвертый оходы синхронизации которого последовательно соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока формирования микрокоманд, шестой выход которого подключен к синхровходэм аналого-цифрового преобразователя, измерителя дисперсии, блока деления и второму синхрооходу адаптивного решетчатого фильтра, первый, третий и четоертый синхрооходы которого подключены соответственно к первому, седьмому и восьмому выходам блока формирования микрокоманд, первый, второй и третий синхровходы блока вычисления коэффициентов линейного предсказания соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами блока формирования микрокоманд.

2. Анализатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что адаптивный решетчатый фильтр выполнен в виде M идентичных, последооательно соединенных звеньев, первого и второго квадраторов и сумматора, входами соединенного с выходами квадраторов, вы1837240

10 первому и второму выходу М-го звена фильтра, информационный вход фильтра подключен к первому и второму информационному входу первого звена, первый, второй, третий и четвертый входы синхронизации фильтра подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам синхронизации всех М звеньев, третьи информационные выходы звеньев соединены с выходами адаптивного решетчатого фильтра, при этом каждое из М звеньев состоит из третьего и четвертого квадраторов, первого, второго и третьего блоков задержки, первого и второго регист, ров сдвига, первого, второго и третьего блоков умножения, второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров, делителя, первый информационный вход звена соединен с входо л третьего квадратора, первым входом первого умножителя, информационным входо л первого регистра сдвига, а второй информационный соединен с информационным входом первого блока за держки, выход которого подключен к входу четвертого квадрэтора, второму входу первого блока умножения,. информационному входу второго регистра сдвига, выходы третьего и четвертого квадраторов соединены соответственно с вторыми и третьим вхоами второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу второго блока .задержки, выход второго сумматора соеди ен с входом второго блока задержки и пер ым входом делителя, выход первого блока множения соединен с первым входом ретьего сумматора, второй вход третьего умматора подключен к выходу третьего лака задержки, выход третьего сумматора одключен к входу третьего блока задержки второму входу делителя, выход делителя оединен с третьим информационным выхоом звена и соединен с вторыми входами торого и третьего блоков умножения, выод первого регистра сдвига подключен к ервым входам четвертого сумматора и втоого блока умножения, выход которого соеинен с вторым входом пятого сумматора, ыход второго регистра сдвига подключен к ервым входам пятого сумматора и третьего лака умножения, выход которого подклю ен к второму входу четвертого сумматора, ыход четвертого сумматора соединен с ервым информационным выходом звена, вторым информационным выходом звена является выход пятого сумматора, первый вход синхронизации звена подключен к синхровходу делителя, второй вход синхронизации соединен с входами синхронизации первого, второго и третьего блоков задержки, третий вход синхронизации звена подключен к входам синхронизации первого, второго, третьего и четвертого квадраторов

10 и первого, второго и третьего блоков умножения, четвертый вход синхронизации звена соединен с входами синхронизации первого, второго, третьего. четвертого и пятого сумматоров, третий информационный

15 выход m-ro (m = 1,M) звена соединен с m-м выходом адаптивного решетчатого фильтра.

3,Анализатор по п.1, отл и ч а ю щи йс я тем, что блок вычисления коэффициентов линейного предсказания состоит из М вы20 числительных каскадов регулярной структуры, соединенных последовательно, при этом каждый m-й каскад (m = О, М - 1) имеет

m+1 информационный вход, из которых m входов подключены к m соответствующим

25 входам (m-1)-го каскада, э (m+1)-й вход соединен с (m+1)- л информационным входом блока вычисления коэффициента линейного предсказания, M выходов (M-1)-го каскада соединены информационными выходами

30 блока вычисления коэффициентов линей. ного предсказания, первый, второй и третий входы синхронизации подключены соответственно к первому, второму и третьему входам синхронизации каждого

35 вычислительного каскада, при этом каждый

m-й каскад выполнен в виде m умножителей, m сумматоров и блока задержки, при этом

i-й информационный вход (! - 1,М) m-ro каскада соединен с первым входом I-ro ум40 ножителя и первым входом I-го сумматора, вторые входы умножителей обьединены и соединены с (m+1)-м входом каскада и подключены к первому входу блока задержки, выход I-го умножителя соединен с вторым

45 входом (m-i+1)-ro сумматора. вход I-го сумматора соединен с 1-м информационным выходом каскада, (m+1)-й выход соединен с выходом блока задержки, при этом в каж. дом каскаде первый синхровход соединен с

50 синхровходом блока задержки, второй син. хровход подключен к сийхровходу каждого умножителя, э третий синхровход соединен с синхровходами каждого сумматора.

1837240

1837240

АР 3

Фиг Ф

Составитель Л. Устинова

Техред М.Моргентал Корректор П. Герещи

Редактор Т. Юрчикова

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

Заказ 2863 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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