Коррелометр с аппроксимациейфункциями лагера

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Сриэз Советскими

Социалистических

Республик iii840946

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. с вид-ву (22)Заявлено 04.01.79 (2l) g704g66/g8 g с присоеединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано р3 06 8g Бюллетень М 23

Дата опубликования описания;?6.06,8 (54 ) М. Кл.

506 G 7/38

Гевудврстввнный комитет

СССР вв двлэм нэвбретеннй к вткрытнй (53) УДК68l. .333(088.8) (72) Авторы изобретения

С. Ф. Симовская,. В. С. Голиков и E. 3. Сахновск1Щ "

I! .у т

Харьковский институт радиоэлектроники (7I) Заявитель (54) КОРРЕЛОМЕТР С АППРОКСИМАЦИЕЙ

ФУНКЦИЯМИ ЛАГЕРРА

Изобретение относится к специализированным средствам аналоговой вычис- лительной техники и может быть использовано для корреляционного анализа случайных процессов, например для определения корреляционных функций случай5 ных сигналов.

Известен коррелометр с аппроксимапией ортогональными функциями Лагерра, предназначенный для корреляционного ана о лиза случайных процессов, который содержит фильтр Лагерра в виде последовательно соединенных ячеек с регулируемым параметром, блоки умножения, первые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек фильтра Лагерра, а вторые входы подключены ко входу фильтра

Лагерра, и блоки усреднения, входы которых последовательно соединены с выходами блоков умножения. Коррелометр содержит дополнительные последовательно соединенные однопараметрическую упраляемую ячейку фильтра Лагерра, блок умножения и блок усреднения.

Эти дополнительные элемаюты введены для того, чтобы обеспечить формирование сигнала управлення постоянной времени фильтра Лагерра.

Информационный вход дополнитель)той ячейки подключен к выходу последней ячейки фильтра Лагерра, управляющий вход — к управляюшим входам ячеек фильтра Лагерра, первый вход дополнительного блока умножения подключен к первым входам блоков умножения, выход дополнительного блока усреднения сое- . динен со входом исполнительного блока(1.

Однако известный коррелометр не обеспечивает равенства значения корреляционной функции с нулевым аргументом величине дисперсии, т.е. точность его является недостаточной.

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому является коррелометр с аппроксимацией ортогональными функциями Лагерра, который содержит фильтр Лагерра в виде последовательно соединенных ячеек с регулируемым па840946 4 кой, устраняющей неравенство дисперсии значению корреляционной функции с рые нулевым аргументом 2).

Недостатком известного коррелометра

5 является то, что группа из rn сумматоров при сложении сигналов, поступающих с выходов блоков усреднения, с выходным сигналом дополнительного сумматора вносит искажения в коэффициенты, котоо 10 рые как уцомянуто выше, определены из условия минимума среднеквадратической м погрешности аппроксимации.

Следовательно, возрастает среднеквадратическая погрешность аппроксимации.

15 Поэтому, несмотря на уменьшение раз-. тра, ности между дисперсией и значением кор,реляционной функции с нулевым аргу-. го . ментом, точность коррелометра оказывается недостаточной.

Бель изобретения — повышение точности получения оценки корреляционной ум функции.

3 раметром, блоки умножения, первые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек фильтра, а вто входы подключены ко входу фильтре

Лагерра, блоки усреднения, входы кото рых последовательно соединены с выхо дами блоков умножения, цепь из последовательно соединенных сумматора, под ключенного входами к выходам блоков усреднения, инвертора и дополнительног сумматора, а также дисперсиометр, вы ход. которого соединен со вторым входо дополнительного сумматора, а вход под ключен ко входу коррелометра, и блок регулировки параметра, первый вход ко торого соединен с выходом дисперсиоме второй и третий входы подключены к вь ходам соответственно первого и второ блоков усреднения, а выход соединен с управляющими входами ячеек фильтра

Лагерра.

Он содержит также группу из rn c маторов, первые входы которых подключены к выходу дополнительного сумматора, а вторые — к выходам соответствующих 25 блоков усреднения, при этом вход коррелометра соединен непосредственно с вхо(5 дом фильтра Лагерра, а дополнительный сумматор имеет коэффициент передачи

1 по каждому входу. ЗО

При работе коррелометра получают корреляционную функцию анализируемого случайного сигнала в виде выходных сиг

- налов группы из m сумматоров. Они равны в установленном масштабе напряжений З5 коэффициентам разложения корреляционной функции в ряд по ортогональным функциям Лагерра. Их получают путем сложения в каждом упомянутом сумматоре сигнала, сформированного из выходного напря 40 жения к-й ячейки фильтра путем умножения на входной сигнал и последующего усреднения в соответствующих блоках, с выходным сигналом дополнительного сумматора. 45

Первый из этих двух сигналов представляет выраженный в установленном масштабе и сформированный, исходя из условия минимума среднеквадратической погрешности аппроксимации (благодаря непрерыв-50 ной подстройке постоянной времени ячеек фильтра Лагерра с помощью блока регулировки параметра), к-й из коэффициентов разложения корреляционной функпии в ряд.

Второй сигнал, который поступает на

ace т сумматоров группы с выхода дополнительного сумматора, является поправПоставленная цель достигается тем, что в коррелометр с аппроксимациейфункпиями Лагерра, содержащий фильтр Лагерра, выходы ячеек которого подключены к первым входам соответствующих блоков умножения, вторые входы которых соединены со входом фильтра Лагерра, выход каждого блока умножения подключен Ro входу соответствующего блока усреднения выходы блоков усреднения соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого через инвертор подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого объединен с первым входом блока регулировки параметра и подключен к выходу дисперсиометра, вход которого является входом коррелометра, второй и третий входы блока регулировки параметра соединены соответственно с выходами первого и второго блоков усреднения, а выход блока регулировки параыетра подключен к управляющим входам ячеек фильтра Лагерра, введен управляемый усилитель, информационный вход которого соединен со входом коррелометра, управляющий вход подключен к выходу второго сумматора, а выход соединен со входом фильтра Лагерра.

Введение управляемого усилителя и его связи,, а также подключение выходов блоков усреднения непосредственно к выходам коррелометра обеспечивает пропорциональное разности между значением корреляционной функции с нулевым аргументом и дисперсией изменение уров840946

5 ня входного сигнала с сохранением подобия всех коэффициентов разложения, чем устраняются искажения корреляционной функции. Это повышает точность коррелометра.

Использование дополнительного сумматора с коэффициентом передачи, равным единице. по каждому входу, уменьшает шумовые ошибки за счет повышения уровней сравниваемых в нем сигналов, что приводит дополнительно к повышению точности коррелометра.

Кроме того, соединение выходов блоков усреднения непосредственно с выходами коррелометра упрошвет устройство, а также уменьшает шумовые ошибки.

На чертеже представлена структурная схема коррелометра с аппроксимацией ортогональными функциями Лвгерра.

Коррелометр содержит фильтр l Лагерра 1ъ -ro порядка с регулируемым параметром, включвюшим в себя последовательно соединенные ячейки 2, — 2„ представляюшие собой фильтры нулевого и последуюшего порядков. 25

К выходу каждой ячейки фильтра 3.

Лагерра подключен первым входом соответствуюшйй блок 3 умножения, причем вторые входы всех блоков 3 умножения соединены со входом упомянутого фильт- 30 ра 1 Лагерра. ,Выход каждого из блоков 3 умножения соединен со входом соответствуюшего

Э блока 4 усреднения.

К выходам всех блоков 4 усреднения з5 подключены входы сумматора 5 соединенного последовательно с инвертором 6, выход которого подключен ко входу сумматора 7.

Ко второму входу сумматора 7 подклю-40 чены выход дисцерсиометра 8 и первый .вход блока 9 регулировки параметра. Вто-. .ррй и третий. .входы блока 9 регулировки

- параметра подключены к выходам соответственно второго и третьего блоков 4 45 усреднения, а выход соединен с управляю шими входами ячеек 2, —.2 фильтра l

Лагерра.

Выход ссумматора 7 подключен к входу управления управляемого усилителя lOpG который подключен первым входом к вхо- . ду 3.l коррелометра, а выходом — ко входу фильтра l Лагерра.

СО входом 1 l коррелометра соединены также вход дисперсиометра 8.

Выходы l2 коррелометра подключены непосредственно к выходам блоков 4 усредН еНИЯ.

Использованный в коррелометре сумматор 7 выполнен с коэффициентом передачи, равным единице по каждому входу.

Коррелометр работает следуюшим образом.

Исследуемый случайный сигнал посту пает со входа l l коррелометра.через управляемый усилитель l0 на вход фильтра l Лагерра. Уровень исследуемого сигнала (его амплитуда) при этом изменяется в соответствии с изменениями коэффициента передачи управляемого усилителя l0. Отклики ячеек 2g — 2 представпяюших собой фильтры нулевого и последуюших порядков, на поступаюший на вход фильтра l Лагерра сигнал, после перемножения их с этим сигналом в блоках 3 умножения, поступают на входы блоков 4 усреднения.

С выходов всех блоков 4 усреднения сформированные в них сигналы поступают непосредственно на выходы l2 коррелометра.

Кроме того, они поступают через входы сумматора 5 на цепь из последовательно соединенных сумматора 5, инвертора 6 и сумматора 7, а с выходов первого н второго блоков 4 усреднения дополнительно поступают на второй и третий входы блока S управления параметром.

На первый же вход блока 9 управления параметром поступает сигнал с выхода дисперсиометра 8, равный в масштабе йвпряжений дисперсии исследуемого случайного .сигнала, нос тупаюШего на вход дисперсиометра 8 со входа 1l коррелометра.

В блоке 9 управления параметром, путе1м сравнения разности поступаюших на него с первых двух блоков 4 усреднения сигналов с выходным сигналом дисперсиометра. 8, формируется сигнал управления параметром фильтра 1

Лагерра. Этот сигнал поступает с выхода блока 9 управления параметром нв управляюшие входы ячеек 2, — 2, „и обеспечивает регулирование параметра фильтра 4 Лагерра в целом.

Благодаря такому регулированию, искомые коэффициенты разложения корреляционной функции случайного сигнала формируются в соответствии с условием минимума среднеквадратической ошибки

& mpoKCHMBItHH

Вмес те с тем 1 выхОДнОЙ сйгнал дис» персиометрв поступает на сумматор 7 (через второй его вход), где он сравнивается с сигналом, который представ7 840946 8 асштабе напряжений, каждбму входу, позволяет сравнивать поаторе 5 и инверти- ступающие на него сигналы без ослабле6 сумму коэффициен- ния их уровня, т.е. при больших отношеяционной функции. ниях сигнал/шум, что снижает шумовые сумма представляет ошибки формирования искомых коэффициен5 ляционной функции с тов. К снижению их приводит и непосредст, которая поддержи- венное подключение выходов блоков 4 боты коррелометра., усреднения к выходам 12 коррелометра. ерсии. При наруше- Кроме того, такое подключение упронства, сформирован- щает устройство. сумматоре 7 сиг- В целом, отличительные признаки изобт с его выхода на ретения обеспечивают повышение точности авляемого усилите-. коррелометра и упрощение устройства.

Формула изобретени ляет выраженную в м образованную в сумм рованы ую инвертором тов разложения коррел

B свою очередь, эта собой значение корре нулевым аргументом веется в процессе ра равной значению дисп нии упомянутого раве ный в дополнительном нал ошибки поступае вход управления упр ля l0 и управляет изменением коэффициента передачи управляемого усилителя l0, 15 т.е. изменяет амплитуду сигнала, поступающего на вход фильтра 1 Лагерра. За счет этого изменяются, пропорционально изменениям упомянутого управляющего напряжения, величины напряжений на выходах блоков 4 усреднения и выходах 12 коррелометра, т.е. выраженные в заданном масштабе искомые коэффициенты разложения корреляционной функции. Эти изменения осуществляются до тех пор, пока в результате сравнения суммы упомянутых коэффициентов с дисперсией, выходной сигнал дополнительного сумматора 7 достигнет нулевого .уровня, т.е. до момента выполнения упомянутого равен- 30 ства.

В результате, на выходы 12 коррелометра поступают с выходов блоков 4 усреднения, выраженные в масштабе напряжений коэффициенты разложения корреляционной функции в ряд Лагерра, удовлетворяющие условиям равенства корреляционной функции с нулевым аргументом зна- чению дисперсии и минимума среднеквадратической ошибки аппроксимации. 4р

Таким образом, за счет отличительных признаков изобретения при реализации предлагаемого коррелометра достигается одновременно и аппроксимация с соблюдением равенства корреляционной функции 45 с нулевым аргументом значению диспер« сии, и минимум среднеквадратической ,ошибки аппроксимации, так как при подобном, пропорциональном управляющему напряжению, изменении искомых коэффициен- 5О тов не возникает дополнительных иска жений корреляционной функции.

Выполнение сумматора 7 с коэффициентом передачи, равным единице по

Коррелометр с аппроксимацией функциями Лагерра, содержащий фильтр Лагерра, выходы ячеек которого подключены к первым входам соответствующих блоков умножения, вторые входы которых соединены со входом фильтра Лагерра, выход каждого блока умножения подключен ко входу соответствующего блока усреднения, выходы блоков усреднения соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого через инвертор подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого объединен с первым входом блока регулировки параметра и подключен к выходу дисперсиометра., вход которого является входом коррелометра, второй и третий входы блока регулировки параметра соединены соответственно с выходами первого и второго блоков усреднения, а выход блока регулировки параметра подключен к управляющим входам ячеек фильтра Лагерра, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности, в коррелометр введен управляемый усилитель, информационный вход которого соединен со входом коррелометра, управляющий вход подключен выходу второго сумматора, а выход соединен со входом фильтра Лагерра.

Источники ивформации, принятые во внимание при экспертизе

3.. Авторское свидетельство СССР

M 463121, кл. 506 G 7/3.9, 4975.

2. Авторское свидетельство СССР

% 529462, кл. G 06 G 7/19, 1976 (прототип) .

840946

Составитель В. Жовинский

Редактор В. Лазаренко Техред М.Табвковиг Корректор С. Шекмар

Заказ 4770/75 Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

\ 13035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4