Коррелометр с аппроксимациейфункциями лагера

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Стэкэз СоветскинСоциалистическихРеспублик840946 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1Изобретение относится к специализированным средствам аналоговой вычис- лительной техники и может быть использовано для корреляционного анализа случайных процессов, например для определения корреляционных функций случай 5 ных сигналов.Известен коррелометр с аппроксимапией ортогональными функциями Лагерра, предназначенный для корреляционного анаО лиза случайных процессов, который содержит фильтр Лагерра в виде последовательно соединенных ячеек с регулируемым параметром, блоки умножения; первые входы которыхподключены 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. 2Эти дополнительные элементы введены для того, чтобы обеспечить формирование сигнала управлення постоянной времени фильтра Лагерра.Информационный вход дополнительтой 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 соединен со входом исполнительного блокаЯ.Однако известный коррелометр не обеспечивает равенства значения корреляционной функции с нулевым аргументом величине дисперсии т.е. точность его является недостаточной.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометр с аппроксимацией ортогональными функциями Лвгерра, который содержит фильтр Лагерра в виде .последовательно соединенных ячеек с регулируемым па840946 фкой, устраняющей неравенство дисперсии значению корреляционной функции с рые нулевым аргументом 2.Недостатком известного коррелометра5является то, что группа из т сумматор ров при сложении сигналов, поступающихс выходов блоков усреднения, с выходнымсигналом дополнительного сумматоравносит искажения в коэффициенты, котоо 10 рые как упомянуто выше, определены изусловия минимума среднеквадратической м погрешности аппроксимации,Следовательно, возрастает среднеквадратическая погрешность аппроксимации.Поэтому, несмотря на уменьшение раз-. тра, ности между дисперсией и значением кор,реляционнойфункции с нулевым аргуго . ментом, точность коррелометра оказывается недостаточной.20 Бель изобретения - повышение точности получения оценки корреляционной ум функции. 3раметром, блоки умножения, первые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек фильтра, а вто входы подключены ко входу фильтра 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 о с маторов, первые входы которых подключены к выходу дополнительного сумматора, а вторые - к выходам соответствующих 25 блоков усреднения, при этом вход коррелометра соединен непосредственно с входом фильтра Лагерра, а дополнительный сумматор имеет коэффициент передачи по каждому входу. ЗОПри работе коррелометра получают корреляционную функцию анализируемого случайного сигнала в виде выходных сиг . налов группы из п сумматоров. Они равны в установленном масштабе напряжений З 5 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. 45Первый из этих двух сигналов представляет выраженный в установленном масштабе и сформированный, исходя из условия минимума среднеквадратической погрешности аппроксимации (благодаря непрерыв ной подстройке постоянной времени ячеек фильтра Лагерра с помощью блока регулировки параметра), к-й из коэффициентов разложения корреляционной функпии в ряд.55Второй сигнал, который поступает навсе 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 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 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 5ня входного сигнала с сохранением подобия всех коэффициентов разложения,чем устраняются искажения корреляционной функции. Это повышает точность коррелометра.5Использование дополнительного сумматора с коэффициентом передачи, равнымединице. по каждому входу, уменьшаетшумовые ошибки за счет повышения уровней сравниваемых в нем сигналов, чтоприводит дополнительно к повышениюточности коррелометра,Кроме того, соединение выходов блоков усреднения непосредственно с выходами коррелометра упрощает устройство,в. также уменьшает шумовые ошибки.На чертеже представлена структурнаясхема коррелометра с аппроксимациейортогональными функциями Лвгерра.Коррелометр содержит фильтр 1 Лагерра 1 ъ -го порядка с регулируемымпараметром, включающим в себя последовательно соединенные ячейки 2, - 2представляющие собой фильтры нулевогои последующего порядков. г 5К выходу каждой ячейки фильтра 3.Лагерра подключен первым входом соответствуюшйй блок 3 умножения, причемвторые входы всех блоков 3 умножениясоединены со входом упомянутого фильт- ЗОра 1. Лагерра.Выход каждого из блоков 3 умножениясоединен со входом соответствующегоблока 4 усреднения,К выходам всех блоков 4 усреднения ззподключены входы сумматора 5 соединенного последовательно с инвертором 6,выход которого подключен ко входу сумматора 7,Ко второму входу сумматора 7 подклюочены выход дисцерсиометра 8 и первыйвход блока 9 регулировки параметра. Вто-.,рой и третийвходы блока 9 регулировкипараметра подключены к выходам соответственно второго и третьего блоков 4 45усреднения, а выход соединен с управляюшими входами ячеек 2, - .2,11 фильтра 1Лагерра.Выход ссумматора 7 подключен к входу управления управляемого усилителя 100который подключен первым входом к входу 3.1 коррелометра, а выходом - ко вхо-ду Фильтра 1 Лагерра. Со входом 1 1 коррелометра соединены также вход дисперсиометра 8.Выходы 12 коррелометрвподключены непосредственно к выходам блоков 4 усреднения. 6Использованный в коррелометре сумматор 7 выполнен с коэффициентом передачи, равным единице по каждому входу.Коррелометр работает следующим образом.Исследуемый случайный сигнал посту пает со входа 11 коррелометра.через управляемый усилитель 1,0 на вход фильтра 1 Лагерра. Уровень исследуемого сигнала (его амплитуда) при этом изменяется в соответствии с изменениями коэффипиента передачи управляемого усилителя 3.0. Отклики ячеек 2 - 2 представляюших собой фильтры нулевого и последующих порядков, на поступающий нв вход фильтра 1 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 12 коррелометра.Кроме того, они поступают через входы сумматора 5 нв цепь из последовательно соединенных сумматора 5, инвертора 6 и сумматора 7, а с выходов первого и второго блоков 4 усреднения дополнительно поступают на второй и третий входы блока 9 управления параметром. На первый же вход блока 9 управления царвметром поступает сигнал с выхода дисперсиометра 8, равный в масштабе йвпряжений дисперсии исследуемого случайного .сигнала, поступающего на вход дисперсиометра 8 совхода 11 коррелометра.В блоке 9 управления параметром, путево сравнения разности поступающих 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 на управляющие входы ячеек 2, - 2,и обеспечивает регулирование параметра фильтра 1 Лагерра в целом.Благодаря такому регулированию, искомые коэффициенты разложения корреляционной функции случайного сигнала формируются в соответствии с условием минимума среднеквадратической ошибки аппроксимации. Вместе с теИ, выходной сигнал дисперсиометрв поступает на сумматор 7 (через второй его вход), где он сравнивается с сигналом, который представ7 840946 8асштабе напряжений, каждому входу, позволяет сравнивать повторе 5 и инверти- ступающие на него сигналы без ослабле сумму коэффициен- ния их уровня, т.е. при больших отношеяционной функции Ниях сигнал/шум, что снижает шумовые сумма представляет ошибки формирования искомых коэффициен 5ляционной 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- шает 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 мобразованную в суммрованы ую инверторомтов разложения коррелВ свою очередь, этасобой значение корренулевым аргументомвеется в процессе раравной значению диспнии упомянутогоравеный в дополнительномнал ошибки поступаевход управления упрля 10 и управляет изменением коэффициента передачи управляемого усилителя Ю,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 25 пока в результате сравнения суммы упомянутых коэффициентов с дисперсией, выходной сигнал дополнительного сумматора 7 достигнет нулевого .уровня, т.е. до момента выполнения упомянутого равенства.В результате, на выходы 3.2 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 среднеквадратичес кой ошибки аппроксимации. 40Таким 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 среднекввдратической ,ошибки аппроксимации, так квк при подобном, пропорциональном управляющему напряжению, изменении искомых коэффициен О 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 соответствуюшихблоков умножения, вторые входы которыхсоединены со входом фильтра Лагерра,выход каждого блока умножения подключенко входу соответствуюшего блока усреднения, выходы блоков усреднения соединены с соответствующими входами первогосумматора, выход которого через инвертор подключен к первому входу второгосумматора, второй вход которого объединен с первым входом блока регулировки параметра и подключен к выходудисперсиометра., вход которого являетсявходом коррелометра, второй и третийвходы блока регулировки параметра соединены соответственно с выходами первого и второго блоков усреднения, а выход блока регулировки параметра подключен к управляющим входам ячеекфильтра Лагеррв, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения точности, в коррелометр введен управляемыйусилитель, информационный вход которогосоединен со входом коррелометра, управляющий вход подключен Г выходу второгосумматора, а выход соединен со входомфильтра Лагерра.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМ 463121, кл. 306 5 7/19, 1975.2. Авторское свидетельство СССРМ 529462, кл. 0066 7 Л 9, 1976, 4/5 Заказ 4770/75 Тираж 745 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий1 13035, Москва, Ж 35, Раушская наб., дфилиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4