Адаптивный анализатор спектра

Союз Советскик Социалистическик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(ц 883767 Р 1 М К 301 Р 23/00 Государственный комитет СССР ио дедам изобретений н открытий(23) Приоритет Опубликовано 231181 бюллетень йз 43 Дата опубликования описания 23. 11. 81(5 4) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Изобретение относится к специализированным средствам вычислительнойтехники, предназначенной для автома-.тизации исследований случайных процессов, распознавания и принятия решений по полученным оценкам вероятностных характеристик, например вакустике, биокибернетике,По основному авт. св. Р 734740известно устройство, содержащееблок принятия решений и коррелятор,входы которого объединены и являютсявходом анализатора, выходы коррелятора через блок переключателей соединены с соответствующими входамиблока начальных сумматоров, выходыкоторых соединены с первой группойвходов первого коммутатора, втораягруппа входов которого подключена кпервой группе выходов блока принятия решений, выход первого коммутатора соединен со входом линии задержки и со входом второго коммутатора, две группы выходов линии задержки соединены соответственно совходами третьего и четвертого коммутаторов, выходы второго, третьегои четвертого коммутаторов соединеныс соответствующими входами многовходового сумматора, управляющие входы коррелятора первого коммутатора и блока принятия решений соединены с соответствующими выходамиблока управления, а управляющие входы второго, третьего и четвертогокоммутаторов подключены ко второмувыходу блока принятия решений. Приэтом блок принятия решений содержитизмеритель интервала корреляции, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым счетчиками,выходы которых подключены ко входамсоответствующих дешифраторов, выходыкоторых являются соответственно пер-, 15 вым и вторым выходами блока принятиярешений 11 .Однако, обеспечивая большой динамический диапазон амплитуд и разрешающую способность анализа для сиг налов различных классов, анализаторимеет большую погрешность вычисления, если верхняя частота анализав 1,5 - 2 раза больше ожидаемойф,так как увеличивается влияние 25 дискретности представления корреляционной функции на точность Фурьепреобразования, если верхняя частотаменьше ожидаемой - из-за усечениякорреляционной функции до точки, ,30 соответствующей интервалу корреляции, 883767что приводит к смещению оценки Фурьепреобразования,Цель изобретения - увеличение точности вычислений при расширенииклассов исследуемых процессов.Поставленная цель достигаетсятем, что в адаптивный анализаторспектра, введены экстраполятор, блоксравнения, блок Формирования интервала времени вычислений, при этомвход экстраполятора соединен с первым выходом измерителя интервала корреляции, а выход соединен с первымвходом блока сравнения, второй входкоторого соединен с выходом блокаформирования интервала времени вычислений, вход которого объединен 15с управляющим входом коррелятора,выход блока сравнения соедииен совходом блока управления.Н,а Фиг, 1 приведена блок-схемаадаптивного анализатора спектра; 20на Фиг. 2 а, б - иллюстрация влияниядискретности для различных классовсигналов; па Фиг,2 и - характерувеличения погрешности вычисленийдля корреляторов с различным числом каналов; на фиг. 3 - блок-схемаблока управления.Адаптивный анализатор спектрасодержит многоканальный коррелятор 1,выходы которого через канальные переключатели 2 соединены с блоком 3возбуждаемых контуров, выходы которых соединены со входами соответствующих канальных сумматоров 4, выходыкоторых подключены ко входам первогокоммутатора 5 и к вторым входам каждого последующего канального сумматора 4.Выход перного коммутатора 5 соединен со входам второго коммутатора7 и через линию 6 задержки с 4 Отретьим и четвертым коммутаторами8 и 9, выходы которых соединены смноговходовым сумматором 10.Управляющие входы первого коммутатора 5 подключены к первому 45выходу блока 12 принятия решений, авходы коммутаторов 7, 8 и 9 - ковторому выходу. При этом блок 12принятия решений содержит измеритель13 интервала корреляции, к выходамкоторого подключены последовательносоединенные счетчик 14, дешифратор16 и соответственно счетчик 15, дешифратор 17, а выходы дешифратора16 и 17 соединены соответственно спервым и вторым выходами блока 12.принятия решений, информационныйвход которого соединен со входом многоканального коррелятора 1 и источником исследуемого сигнала,Кроме того, к первому выходу из,мерителя 13 интервала корреляцииподключен вход экстраполятора 18к управляющему входу коррелятора 1подключен вход формирователя 19интервала вр м,ни вычислений. Выхо ды формирователя 19 интервала временивычислений и экстраполятора 18 соединены с первым и вторым входамиблока 20 сравнения, выход которогосоединен со входом блока 11 управления, соответствующий выход которого соединен со вторым управляющимвходом коммутатора 5.При этом блок 11 управления содержит коммутатор 21 знакового сигнала, подключенный к входу блока 11управления , а выходы коммутатора11 соединены соответственно со входами прямого и инверсного счета реверсивного счетчика 22, к выходукоторого подключены последовательносоединенные преобразователь 23 кодчастота импульсов и делители 24 частоты,Для автоматической аппаратурыанализа спектра свойственны 1 - 3пробных измерения спектра - дляполучения некоторой информации охарактере спектра и ожидаемой частотой области, так как при анализесложных объектов такая априорная информация обычно отсутствует,В известном устройстве отсутствиедостаточной априорной информациипривоцит к необходимости дополнительного выбора точки усечения по вычисленной корреляционной Функции, чтоприводит к другому недостатку, т,е,увеличению смешенности оценкиспектра.Целесообразно обеспечить для интервала корреляции н соатношеНие Гл " т ,где 7 я - время задержки, И - количество ординат корреляционной функции, что особенно критично для аппаратуры с небольшимколичеством каналов (И в 50 - 100),Поэтому необходимо ввести в анализатор такие режимы адаптивногоуправления параметрами алгоритмаработы, чтобы выполнялись условияоптимальности обобщенногокритерияэффективности функционирования. Этиусловия достигаются следящей под-.стройкой параметрав область значений Ти автоматическим выборомточки усечения.Адаптивный анализатор спектра осуществляет эти преобразования следующим образом.Перед началом работы все блоки иустройства анализатора установленыв исходное состояние, переключатели2 и ключи коммутаторов разомкнуты.В реверсивном счетчике 22 блска 11управления установлен код, определяющий начальный интервал дискретизации.При подключении ко входу коррелятора 1 источника случайного сигналах от блока 11 управления подаются управляющие импульсы дискретизации сигнала через интервал ЬиФормирования оценки корреляционнойфункции В в виде ряда ш ординат,где щ = О, 1, 2, , (1) - 1) .Одновременно сигнал х(1) поступает,на вход блока 12 принятия решений,содержащего измеритель 13 интервалакорреляции, в котором формируется5значение мПри вычислении функции И(Г) и ееФурье-преобразования Б(1) параметрд определяет область существования Ф. нкции В (С),Поэтому для осуществления процедуры приспособления параметров алгоритма дискретного преобразованияФурье к реальному типу случайногосигнала текущие данные о формируемом( с первого выхода измерителя 13 интервала корреляции подаютсяна вход экстраполятора 18, которыйпредсказывает значение Г О - наК шагов от текущего момента времении й 1. 2 ОС выхода экстраполятора 18значение,ок поступает на первый вход блока 20 сравнения, навторой вход которого от формирователя 19 интервала времени вычислений рподается величина образцового напряжения, пропорционального интервалуТ( = и ьПри выполнении соотношения на выходе блока 20 сравнения образуется единичный импульс определенного знака, который поступает на вход блока 11 управления и уменьшает или увеличивает частоту импульсов, определяющих интервал дискретизации, на величину Г,1 -- 1(ь 1.Единичный импульс поступает на вход коммутатора 21 знакового сигна О ла (фиг. 3), который подает этот импульс на определенный вход реверсивного счетчика 22 для увеличения или уменьшения значения кода, из которого в преобразователе 23 Формируется соответствующее новое значение частоты импульсов, Эта частота делится в делителях 24 частоты, формируя новые последовательности управляющих импульсов для функцио- О нальных блоков.При этом по команде от блока 11 управления в формирователе 19 интервала времени вычислений образуется новое значение ( а на выходе экстраполятора 18 - значение, )+1. Их сравнение приводит к новому изменению шага дискретизации до тех пор, пока не будет удовлетворяться соотношение (1), после чего производится вычисление функции В(Ь при 60 постоянной частоте дискретизации.Благодаря этому все информативные ординаты корреляционной функции располагаются не на части интервала О-И) и не вне его (как на 65 Фиг.2 а,б),а строго в пределах этого интервала. При этом в счетчике 14 сформирован код, характеризующий величину , , в счетчике 15 - характеризующйй величину 12 м из которых формируются команды на соответствующих выходах блока 12 принятия решений.Использование экстраполятора 18 позволяет ускорить сходимость процедуры поиска Ь р (или Ь 2 р ), а каждое очередное управление изменением шагаэквивалентно переходу на график, характеризующий меньшие погрешности ь Б (фиг. 2 в), т.е. эквивалентно увеличению количества Б каналов коррелятора 1Таким образом, в анализаторе установлены оптимальные параметры алгоритма преобразования Фурьео 8- 5(+)=а , ,Е.; Ргп Т)(е 1 р)1 соъОтаТ 1, В) где Ь, = 1 при М (,и - ф 1 прямоугольнаявесовая функция.Этот результат через первый выход анализатора подается на регистрацию (внешними устройствами) или в последующие блоки анализатора для сглаживания высокоселективным фокномф. усеченная оценка спектра йп(т.) с выхода коммутатора Я поступает в линию б задержки, к отводам которой подключены коммутаторы 8 и 9, а ко вхоцу ее подключен коммутатор 7, проходя через один из ключей, открытых в коммутаторах 7, 8 и 9 по команде от дешифратора 16, сигнал поступает на три из входов многовходового сумматора 10, на выходе которого Формируется сглаженный спектр, как и в известном устройстве.Таким образом, автоматически решается задача обеспечения оптимальных условий минимизации методических погрешностей (фиг. 2 в) в пределах допустимых ) Б за счетслежения за граничной точкой интервала представления корреляционной функции и ее совмещения с интервалом корреляции Т , за счет задания точки усечеййя в точке Т, и за ,счет сглаживания спектра окном необходимой формы.Вследствие этого, совокупный технико-экономический эффект от изобретения является существенным, так как известные анализаторы не позволяют автоматически и плавно управлять параметрами алгоритма вычисления спектра и корреляционной функции при автоматическом выборе точки усечения , перед началом каждого цикла вычислений для них требуется существенно большая априорная информация о классе сигнала и типе его корреляционной функции или про 883767ведение нескольких пробных экспериментов,Формула изобретенияАдаптивный анализатор спектра по авт. св. 9 734740, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения точности при расширении классов исследуемых процессов, в анализа- тор введены экстраполятор, блок сравнения, блок Формирования интервала времени вычислений, вход экстраполятора соединен с первым выходом измерителя интервала корреляции, а выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока:Формирования интервала времени йычислений, вход которого объединен с управляющим входом коррелятора, выход блока сравнения соединен со входом блока управления.Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свицетельство СССР Р 734740, кл, С 06 6 7/52, 1978 (прототип) .