Патент ссср 334567

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

334567

Йаюз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 24.Ч11.1970 (№ 1470364/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 30.111.1972. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 4.V.1972

М, Кл. б 06f 15/34

Н 031< 13/02

Яомитет по деми изобретений и открытий прн Совете Министров

СССР

УДК 681.3.05:519.2 (088.8) Автор изобретения

Ю. А. Шикунов

Заявитель

АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение предназначено для аналогоцифрового преобразования различных нестационарных случайных процессов, особенностью которого являются самоперестройка и самоприспособление по вероятностному критерию диапазона квантования по уровню к неизвестным и меняющимся во времени областям изменения кодируемых процессов, что оптимизирует кодирование и повышает вероятность правильного кодирования.

В задачах цифровой обработки и анализа сложных нестационарных сигналов и процессов,,имеющих место при исследовании совре.менных систем автоматического управления,,радиотехнических,и радиофизических комплексов, очень важной и практически необходимой для аппаратурного решения проблемой является построение таких устройств кодирования, которые оптимизируют кодирование нестационарных процессов широкого класса.

При этом кодируемые нестационарные процессы и сигналы могут иметь такие неизвестные области изменения, предвидеть которые невозможно; они могут также быть переменными во времени (или квазистационарными), .причем нестационарность может проявляться различным образом (функциями времени могут быть: математическое ожидание, диспер:сия, корреляционная функция и т. д., и их комбинации), а для достоверной цифровой обработки необходимо получить неискаженные и безызбыточные коды.

Оптимизация кодирования указанных процессов и сигналов может быть обеспечена

5 лишь при использовании адаптивных устройств кодирования, т. е, устройств с самонастраивающимися параметрами к характеристикам кодируемых процессов, причем по вероятностным признакам (или критериям) .

10 Поэтому в обычное устройство кодирования вводятся дополнительные элементы, непрерывно следящие за соответствием диапазона кватования по уровню устройства к области изменения процесса по заданному вероятност15 ному критерию и поддерживающие это соответствие с заданной вероятностью.

Известное устройство автоматического выбора предела измерения цифровых приборов позволяет осуществлять слежение за изменяе20 мой величиной. В этом устройстве выходы двух старших разрядов счетчиков импульсов через ряд схем совпадений соединяются с триггерным регистром пределов, а выходы последнего через схемы совпадения соеди25 няются параллельно с блоком переключателя эталонных элементов.

В предлагаемом адаптивном устройстве, самонастраивающемся к неизвестному нестационарному случайному процессу по вероятЗО ностному признаку (вероятность этой самона334567

3 стройки задается и реализуется в устройстве), с целью обеспечения высокой вероятности правильного кодирования и исключения, с одной стороны, искажения кодирования и, с другой, избыточности, оптимизация кодирования сложных нестационарных процессов достигается введением в известное устройство кодирования схем определения текущих вероятностей искаженного и избыточного кодирования, управляющих по заложенному алгоритму масштабом входного процесса и управляемым источником эталонного напряжения.

При цифровой обработке множества нестационарных процессов единого автоматизированного комплекса управления трудно обойтись без адаптивного устройства кодирования. Его использование существенно упрощает ввод сложной информации в ЦВМ, ее обработку и анализ и, в конечном счете, обеспечивает принятие объективных и достоверных решений.

На чертеже йредставлена блок-схема предлагаемого устройства.:

На чертеже: приняты следующие обозначения: устройство 1 кодирования; управляемый ,источник 2 эталонного напряжения; схема 8 изменения масштаба входного нестационарного процесса; входной кодируемый процесс 4; схема 5 определения вероятности искажения кодирования; схема б определения избыточности кодирования; схема 7 совпадений с числом входов, равным разрядности устройства кодирования; счетчик 8 переполнения; счетчик

9 адаптивных тактов; логические элементы

10, 11; триггеры 12; второй выход 18 старшего (по разрядности) каскада устройства (или выходы нескольких старших каскадов; логический элемент 14; счетчик 15 избыточности; задающий генератор 1б тактов выборок; квантователь 17 по времени; ключи 18 с различными коэффициентами деления; ключи 19 эталонного напряжения; источник 20 эталонного напряжения; матрица 21 резисторов.

В исходном состоянии устройства: а) в схеме 5 устанавливается определенная допустимая вероятность искажения (например

l mcz (0,02, что достигается выбором двухразрядного счетчика 8 переполнения и семиразрядного счетчика 9 адаптивных тактов; б) устанавливается также допустимая вероятностная оценка избыточности в схеме б (например Р„,д) 0,02, где счетчик 15,избыточности может быть также двухразрядным, если счетчик 9 — семиразрядный); в) предварительное эталонное напряжение, подаваемое на вход устройства 1 с матрицы 21, может быть например ", где Е,— максимальное зна2 чение эталонного напряжения, снимаемое с выхода источника 20; г) масштао устанавливается автоматическим в схеме 8, равным

1: 1.

За N тактов счетчика 9 в счетчике 8 подсчитывается число переполнений m устройства 1 и — сравнивается с Р„.. При этом

N а Р

1V исх °

Например, и может быть равным 8 при

N=127 (при семиразрядном элементе 9), если m)3, то в зависимости от того, в каком

10 такте наступило т)3 через логический элеЭ мент 10, триггер 12 .и ключ 19 на выходе матрицы 21 устанавливается необходимое

Е;, Е „ если же Е, недостаточно, то с триггера 12 и счетчика 8 дается управляющая

15 команда на схему 8 изменения масштаба, где выбирается определенный коэффициент деления входного процесса.

Таким образом оптимизируется верхняя граница квантования устройства, так как она

20 адаптируется, самонастраивается к неизвестному случайному процессу с вероятностью правильного кодирования 1 — l IIcx Р ц)0 98.

Если же за Л тактов не было переполнения, например выполняется реализация формулы

25 (1), то это свидетельствует об отсутствии искажения и, следовательно, верхняя граница диапазона квантования оптимизирована устройством, т. е. выбрана верно, и кодируемый процессс с вероятностью Р„, будет ниже этой

30 границы.

Одновременно с вышеописанным идет оценка вероятности избыточного кодирования за

Nтактов,,т. е. проверяется соответствие

Ризб з (2) где т,— количество «1» в старшем каскаде устройства 1. В этом случае оценивается вероятность нахождения кодируемого процесса в /z текущего диапазона квантования (текущий диапазон квантования по уровню определяется напряжением Е, с выхода матрицы 21).

Число m подсчитывается в счетчике 15. На45 пример, если устанавливается Р„„-.)0,02, то за N=127 тактов должно быть m,)3. Если это не выполняется, т. е. удовлетворяется условию формулы (2), то со счетчика 15 дается команда через логический элемент 10, триг50 гер 12 и ключ 19 на уменьшение Е„в матрипу 21.

В предлагаемом устройстве характеристики избыточности кодирования могут варьироваться. Например, Р„,г,. может устанавливать55 ся для исследования процесса в /4 диапазона квантования по уровню, тогда выход 18 подсоединяется к двум старшим каскадам,и т. д.

Таким образом, введение в устройство кодирования схем 5 и б позволяет самонастраи60 ваться к любым областям изменения кодируемых нестационарных процессов с необходимой вероятностью. Алгоритм самонастройки диапазонов квантования по уровню задается этими введенными устройствами, а непосред65 ственная выработка этих диапазонов произ5

SO

З5

40 водится блоком управляемого источника 2 эталонного напряжения. Использование блока

8 автоматического изменения масштабов входного процесса в сочетании со схемами б и 6 расширяет динамический диапазон кодирования процессов, Экспериментальная схема выполнена на основе устройства 1 кодирования параллельного типа, асинхронного действия, с поразрядной установкой каскадов без внешней синхронизации с одним общим источником эталонного напряжения Е„с числом органов сравнения, равным числу каскадов. В экспериментальной схеме схема 7 — схема «И» на диодах, счетчик 8 — счетчик на двух триггерах, счетчик 9 — на семи триггерах, элемент

14 — схема «И» на диодах, счетчик 15 — счетчик на двух триггерах, остальные элементы стандартные.

Адаптивное устройство кодирования в результате его применения при обработке и анализе сложных процессов (например, с изменяющимся по неизвестному закону математическому ожиданию) обеспечивает: высокую вероятность того, что кодируемый процесс на каждом локально-стационарном интервале времени будет находиться в выбранном устройством диапазоне квантования по уровню, что исключает искажения и избыточности кодирования; оптимизацию кодирования сложных нестационарных процессов, которую невозможно достигнуть известными способами и устройствами аналого-цифрового преобразования; экономичность схемы построения (так как исключаются каскады избыточных разрядов); высокую эффективность кодирования, так как обеспечивается быстрая настройка параметров устройства к области изменения кодируемого процесса, исключаются ручные и полуавтоматические перестройки устройства к новым процессам и при достаточно малых затратах на дополнительное оборудование (элементы, оценивающие вероятности искажений и .избыточности и управляющие выработкой определенного диапазона квантования по уровню), вводимое в собственное устройство кодирования, последнее приобретает ки бернетические черты, что характеризует высокую техническую и экономическую эффективность предложенного устройства.

Такое устройство может явиться также базой для создания более универсальных адаптированных аналого-цифровых преобразователей, одновременно самонастраивающихся по множеству параметров.

Предлагаемое устройство необходимо для использования в задачах автоматизации научных исследований, когда экспериментатор имеет дело со сложными объектами, не имеющими аналитического описания, и сведения о них (или выработка определенных решений) могут быть получены только в результате цифровой обработки неизвестных, любым образом изменяемых экспериментальных процессов, изменения параметров которых предвидеть невозомжно.

Предмет изобретения

Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий устройство кодирования с управляемым источником эталонного напряжения, соединенное со схемой изменения масштаба входного сигнала, подключенной к генератору тактовых импульсов счетчика, логические элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения вероятности правильного преобразования при самонастройке в диапазоне квантования, он содержит схему определения избыточности кодирования, соединенную с устройством кодирования и с управляемым источником эталонного напряжения, и схему определения вероятности,искаженного кодирования, подключенную выходами к схеме определения избыточности и к управляемому источнику эталонного напряжения, а входами — к устройству кодирования и к генератору тактовых импульсов.

Редактор А. Ьатыгин

Составитель В. новинский

Техред Е. Борисова

Корректор Л. Царькова

Заказ 1153/4 Изд. № 493 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2