Устройство для решения уравнений в операторной форме

(Зэ 4 С 06 С 7 ГО ОПИСАНИК ИЗОБРЕтениН АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение ьной технике и мо в приборостроении ия является повыш ения уравнений. Э дением в устройст преобразователей ия спектральной х а и блока задания ия. Устройство об ое восстановление еш тво СССР 8, 1982. о СССР 8, 1985. бом искажающем опершуме с известным коратором. 1 ил,НИЯ УРАВ АРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетель В 1092530, кл. С 06 С 7/Авторское свидетельст У 1358637 кл. С 06 С 7/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕ НИЙ В ОПЕРАТОРНОЙ ФОРМЕ осится к вычислижет быть применеЦелью изобреение точности то достигается во функциональузлов нормироарактеристикиожидаемого рееспечивает устойсигнала при люторе и при любом реляционным опеИзобретение относится к областианалоговой вычислительной техники,в частности к машинной обработке сигналов, и может быть применено длявосстановления формы электрическогосигнала, искаженного линейным преобразованием с известной передаточнойфункцией и затем пораженного шумомс известным спектральным распределителем, при наличии априорной информации о сигнале, которая представлена его, средним значением и его корреляционным оператором.Цель изобретения - повышение точности решения уравнений в операторной форме.На чертеже представлено устройство для решения уравнений в операторной форме. 20Устройство включает первый узел1 нормирования спектральной характеристики шума, первый сумматор 2,первый инвертор 3, масштабирующийблок 4, второй узел 5 нормирования 25спектральной характеристики шума,второй функциональный преобразователь 6, фильтр 7 низких частот, первый функциональный преобразователь 8,третий узел 9 нормирования спектральной характеристики шума, Узел 1 нормирования спектральной характеристики шума включает дифференциальныйусилитель 10, фильтр 11 низких частот, блок 12 извлечения квадратного35корня. Устройство также содержитблок 13 задания ожидаемого решения,третий функциональный преобразователь 14, второй инвертор 15, второйсумматор 16, третий сумматор 17. 40Устройство работает следующим образом,Входной сигнал устройства поступает на сумматор 16, где он суммируется с напряжением, поступающим от 45блока 13 задания ожидаемого решениячерез функциональный преобразователь14 и инвертор 15. С выхода сумматора 16 сигнал проходит через узел 1и поступает на первый вход сумматора502. С выхода сумматора. сигнал поступает на блок 4 и далее последовательно проходит блоки 4, узел 5, функциональный преобразователь б, фильтр 7,функциональный преобразователь 8,узел 9, инветор 3 и поступает на вто 55рой вход сумматора 2. С выхода фильтра 7 низких частот сигнал поступаетна второй вход сумматора 17, где он суммируется с напряжением, поступающим от блока 13. С выхода сумматора 17 сигнал поступает на выход устройства.Масштабирующий блок изменяет амплитуду сигнала с коэффициентом про 1порциональности К:= в . Этот коэффиЯциент определяется априорным значением среднеквацратичного отклонениясигнала от среднего значения Ев, Величина ошибки решения будет функциейэтого параметра. С ростом величиныЫ ошибка будет уменьшаться,Блок 13 выдает напряжение, пропорциональное априорному среднемузначению Г, исходного неискаженногосигнала Г, Он может быть выполнен ввиде резисторного делителя напряжения.Узел нормирования спектральнойхарактеристики шума преобразует сигнал таким образом, что случайнаясоставляющая имеет характер "белого"шума (т,е. спектр шума становитсяравномерным), При выбеливании сигналпреобразуется по формуле у(г)х, где- корреляционныйоператор шума (интегральный оператор,имеющий передаточную Функцию 6 (р),ядро которого является корреляционной Функцией случайного процесса4(е),Первый и третий функциональныепреобразователи реализуют передаточную функцию Ь(р) оператора А. Второйфункциональный преобразователь реализует передаточную функцию оператораА сопряженного оператору А и имеюФФщего передаточную функцию Ь(р ) (такую же, как у оператора А, но с заменой аргумента на комплексно сопряженный). Фильтр 7 низких частот реализует передаточную функцию корреляционного оператора сигнала Г,ОпераТор У является интегральным. Соответствующий ему фильтр 7 выполняется в виде инерционного усилителя. Если оператор А тоже интегральный то и он выполняется в виде инерЭ+ ционного усилителя, а оператор А который реализован вторым функциональным преобразователем, - ь виде усилителя с инвертором импеданса,В качестве примера оператора А можно рассмотреть интегрирующую КС-цепочку. Она имеет перадаточную=(С)-АГ, - переменная составляющая сигналай) - входной сигнал устройствар где 47 20- параметр, определяющий степеньуклонения сигналаГ от- корреляционный опеРатор сигнала р 35- оператор, искажающий сигнал Г;- оператор, сопряженный оператору А; Е - корреляционный опе ратор шума. Оператор К является решением вариационной задачи апЕ /Е//К, - (Е - Г,)// 45 Ошибка решения равнад( а, Р) =//, - ( - й )/ и имеет минимальное значение для заданных априори Г, р (а , Р. Тем самым сигнал Г восстанавливается максимально точно,Для выяснения вида выходного сигнала, формируемого предлагаемым прибором, предположим, что перед масштабирующим блоком сигнал имеет вид (1). Тогда второе слагаемое, поступающее на первый сумматор, равно 50 1фукнцию . Передаточная функция1+КС1 оопрнненного оператора ныпол 1-С5 няется в виде инвертора импеданса с включенным на входе резистором К и конденсатором С на выходе.Методы реализации передаточных функций общеизвестны,Предлагаемое устройство синтезирует сигнал а поскольку первое слагаемое имеет вид(С)р то предлагаемым устройством решается уравнениес 1(Е) =, ,(Е)- АРА , с(С).1Его решение можно записать в виде( / Еср(е) =(1 + -Е АРА 2: ),(е) и выходной сигнал имеет вид+ -АРА Е ) Е. .,(Е) что и было отмечено вышее, 1Из сказанного следует, что предлагаемое устройство обеспечивает формирование сигнала, самого близкого к восстанавливаемому, при заданной априорной информации Г , И , Р.Формула изобретенияУстройство для решения уравнений в операторной форме, содержащее первый сумматор, масштабирующий блок, три узла нормирования спектральной характеристики шума, три функциональных преобразователя и первый инвертор, причем каждый узел нормирования спектральной характеристики шума включает дифференциальный усилитель, фильтр низких частот и блок извлечения квадратного корня, при этом выход дифференциального усилителя через цепочку последовательно соединенных фильтра низких частот и блока извлечения квадратного корня подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя, выход блока извлечения квадратного корня первого узла нормирования спектральной характеристики шума подключен к первому входу первого сумматора, выход первого сумматора через масштабирующий блок подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя второго узла нормирования спектральной характеристики шума, выход блока извлечения квадратного корня второго139 О 620 сставитель В,Лихацкийехред М.Ходанич Корректор И,Пожо Е.Папп дак газ 1768/ раж 7 О 4 исное ВНИИПИ Гос по делам 035, Иосквмитета ССткрытийя наб д арственного зобретений и Ж, Раушс Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектн узла нормирования спектральной характеристики шума соединен с входом второго функционального преобразователя, выход первого функционального преобразователя подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя третьего узла нормирования снектральной характеристики шума, выход блока извлечения квадратного 1 О корня которого соединен через первый инвертор с вторым входом первого сумматора, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности, в него введены блок задания15 ожидаемого решения второй инвертор, второй и третий сумматоры и Фильтр низких частот, выход которого подклю-, чен к входу первого Функционального преобразователя и первому входу третьего сумматора, выход которого является выходом устройства, выход блока задания ожидаемого решения соединен с вторым входом третьего сумма"тора и входом третьего функционального преобразователя, выход которого через второй инвертор подключенк первому входу второго сумматора,выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя первого узла нормированияспектральной характеристики шума,второй вход второго сумматора соединен с информационным входом устройства, выход второго функциональногопреобразователя соединен с входомФильтра низких частот,