Адаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длительности случайных сигналов

АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ Е УСТРОИСТВОДЫ И ДЛИТЕЛЬГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) АДАПТИВНОЕ ЦИФРОВОДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к обл ти специализированной вычислител техники и может использоваться д анализа случайных процессов в измерительных устройствах. Цель изобретения - повышение точности за счетавтоматической настройки измерительного пооога по .уровням шумов. Схемаустройства содержит два регистра,коммутатор, сумматоры, блок элементов НЕ и элемент НЕ, блок управления, элемент задержки, Соединенныев соответствии с алгоритмом функционирования устройства перечисленныеузлы позволяют осуществить режим адаптации по шумам, что обеспечиваетповышение достоверности результатовза счет автоматического разделения,сигналов и шумов по заданному отношению сигнал/шум во всем рабочемдиапазоне уровней сигналов. 2 ил.12.31Изобретение относится к специализированной вычислительной техникеи может быть использовано для анализа случайных процессов в измерительных устройствах и в системах автоматизированной обработки сигналов.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет автоматической:настройки измерительного порога по уровням 10шумов и повышение точности настройки измерительного порога.На фиг. 1 йриведена схема предлагаемого устройства:; на фиг. 2временные диаграммы сигналов. 15Устройство содержит первый 1 ивторой 2 сумматоры, элемент НЕ 3,блок 4 управления, первый 5 и втсрай 6 регистры, коммутатор 7, блок8 инверторов и элемент 9 задержки. 20Позициями 10 и 11 обозначены соответственно входы информационный исинхронизации устройства, позициями12 и 13 выходы параллельного двоичного кода длительности и амплитуднога значения и синхронизации.Блок 4 управления содержит триггер 14 порога, счетчик 15, триггер16 длительности триггер 17 комму.тации,элементы 18 и 19 задержки,элемент ИЛИ 20, элементы НЕ 21и 22, первый 23, второй 24, третий25, четвертый 26 и пятый 27 элементы И,На фиг. 1 двойнымилиниями обозначены линии связи для передачипараллельных кодов, при этом на вход10 устройства поступают и-разрядныекоды, Второй сумматор 2 и второй регистр 6 имеют па и разрядов., а первый сумматор 1 и первый регистр 5имеют по (и+1 Г) разрядов, причем напервые и третьи входы и-разрядногакоммутатора 7 поступают коды са старших разрядов первого регистра 5. 45Для определенности считается, чтопереключение тактируемых элементовпамяти (триггер 14 порога, счетчик15 и регистры 5 и 6) происходит папереднему фронту положительного им-пульса, поступающего на их входысинхронизации С, при этом изменениясигналов на их входах 1 после оконча -ния фронта импульса синхронизациине приводит к искажению информации, 55принятой в данном такте. Предполы а,ется, что на входы 10 устройствапериодически поступают коды положи 7( 2тельалых чиГ.ел ( тря м (ГкаДУ Л(11, са Ответствующие ураниям сгнала в диев кретные моменты времени, сопровождаемые сигналами синханизации е(я входе 11 устройства (фиг. 2). Измеряемый импульсный сигнал заключен в интервале между моментами с и Г 4, а вне указанного интервала значения напряжений определяются характеристиками шума, Критерием для выделения сигнала является выполнение уславия превышения амплитуды текущихотсчетов нац средним уровнем шумав 2 раз.Принцип работы устройства рассматривается при тп=2. При этомдля хранения среднего скользящегозначения шума Ма интервале усреднеКния в 2 отсчетов используется первый регистр 5, а максимальное значение измеряемой величины (амплитудаимпльса) фиксируется во втором регистре 6,Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии регистры,счетчик и триггеры находятся з нулевом ссстаянии (цепи начальной установки на фиг. 1 не показа(ь. Натретьем выходе блока 4 управления(инверсный выход триггера 17) дейс тву е т сигнал ла гич е ск аи 1 , п ос т упанщий на третий вха д управлениякаммута т о р а 7 , пад действием катарага нулевой кад с первого регистра 5 через третьи входы ХЗ коммутатора 7 поступает на блок 8 инвертаров. Сбратный кад числа с выходов блока 8 инвертарав поступает на первые входы второго сумматора 2, на вторых входах которого прямой кад числа соответствует уровню шума в навчальный момент Т . Поскольку вход Р переноса второго сумматора 2 постоянна подключен к источнику логической "1" сумматор 2 выполняет операцию вычитания из входного кода устройства выходного кода коммутатора 7 (сложение прямого кода входного числа А с дополнительным кадам второго числа). Так как выходы перно га ре истра 5 подключены к ."ретьим входам коммутатора 7 са сдвигам в сторону старших разрядов на 2 разряда, второй сумматор 2 выполняет апеаа,ию: п=Л,-4 Хгде Х; - текущее значение кода впервом регистре 5. В момент С, значение Х;=О, поэтому дО, и на выходе Р переноса второго сумматора 2вырабатывается сигнал логической "1"под действием которого триггер 14порога в момент поступления положительного импульса на вход 11 устройства переключается в "1" состояние,Одновременно с этим триггер 17 ком- Омутации также устанавливается в "1"состояние, обеспечивая формированиесигнала "1" уровня элементов И 27.При возбуждении второго входа управления коммутатора 7 последний передает через блок 8 инверторов код свторого регистра 6 на первые входывторого. сумматора 2, выполняющегооперацию: 2040 сигнал на выходе элемента И 23, выоабатываемьй с задержкой относительно сигнала синхронизации, производит запись кода скользящего среднего значения шума, определяемого рекуррентным соотношением (6), в первый регистр 5. (оррекция среднего значения производится до моментапока выполняется условие (4), В моментусловие (4) не выполняется и триггер 14 порога переключается в нулевое состояние, устанавливая в нулевые состояния счетчик 15 и триггер 16 длительности. Несмотря на переключение триггера 14 где А - значение кода во втором регистре 6.Так как в исходном состоянии А = =О, на выходе Р переноса второго сум матора 2 вновь вырабатывается сигнал логической "1", поступающий на первый вход элемента И 24, на второй вход которого через элемент 18 задержки поступает сигнал синхрониза- З 0 ции; под действием которого во второй регистр 6 записывается код А; с входных шин 10 устройства, С окончанием на входе 11 устройства импульса синхронизации через интервал времени, определяемый параметрами элемента 18 задержки триггер 17 коммутации переключается в исходное состояние.По каждому следующему сигналу синхронизации, поступающему на вход 11, в устройстве выполняется описанная последовательность операций с той лишь разницей, что в каждом такте в счетчик 15 добавляется еди ница, а запись нового кода во второй регистр 6 происходит при выполнении условия: А; А (3)50Счетчик 15, измеряющий временной интервал, в течение которого в каждом такте работы устройства выполняется условие д) О (4) 55имеет период счета, превышающий максимальную длительность анализируемыхсигналов. В момент С на выходе счетчика 15 вырабатывается сигнал, свидетельствующий о том, что длительность интервала, в течение котороговыполнялось условие (4), превышаетдопустимую величину, следовательно,выполнение условия (4) вызвано неналичием импульсного сигнала, а несоответствием первоначального измерительного порога фактическим условием работы. По сигналу переноса сосчетчика 15 триггер 16 длительностиустанавливается в "1" состояние, ис момента С, начинается вычислениескользящего среднего значения шума.При единичном состоянии триггера 16через элемент ИЛИ 20 на вход элемента И 26 поступает сигнал разрешения,под действием которого возбуждается первый вход управления коммутатора 7, При этом на первые входы второго сумматора 2 поступает обратныйкод величины Х; с первого регистра5. На выходе второго сумматора 2формируется код разности: Код разности д поступает на вторые входы и младших разрядов первого сумматора 1, на вторые входы старших разрядов и на вход переноса которого подается сигнал логической"1" с элемента НЕ 3 при д,( О, и сигнал логического "О" при д. О. Следовательно, на вторые входы первого сумматора 1 поступает в зависимости от знака разности либо прямой, либо дополнительный код этой разности, уменьшенный за счет сдвига разрядов в 2 раз. Значение кода на выходахКпервого сумматора 1 соответствует выражению:А, - Х;Х =Х + -- (6) +2порога выходной сигнал синхронизации (на выходе 13 устройства) не. вырабатывается из-за задержки сброса триггера 16. С моментадо момента Сэ продолжается коррекция среднего значения в соответствии с выражением (6) за счет того,что триггер 14 порога в указанном интервале находится в нулевом состоянии, так как 1 О ь 0.В момент С э. вновь выполняется условие (4) и работа устройства не отличается от его работы на начальном интервале от 1, до 1: . При этом 15 значение скользящего среднего значения в первом регистре 5 не меняется, а во второй регистр 6 записываются возрастающие значения кодов импульсного сигнала. Код максимального зна чения измеренной амплитуды сигнала хранится во втором регистре 6 до момента его считывания (в момент с 4), когда триггер 14 переключается в нулевое состояние. При этом, посколь ку указанное переключение произошло раньше, чем счетчик 15 отсчитал максимальную длительность, триггер16 длительности находился в нулевом состоянии, и на выходе элемента 30 И 25 вырабатывается выходной сигнал синхронизации, используемый для считывания кода длительности со счетчика 15 и кода амплитудного значения со второго регистра 6. После считывания указанных кодов через интервалы времени, определяемые параметрами элементов 9 и 19 задержки второй регистр 6 и счетчик 15 устанавливаются в исходное состояние. Начиная с момента 4 устройство переходит в режим коррекции среднего значения который продолжается до появления следующего импульсного сигнала, когда после проверки условия (4) устройство переключается на режим измерения.Возможные модификации устройства могут. заключаться в том, что помимо измерения амплитуды и длительности импульсных сигналов, в нем может производиться также определение моментовпоявления максимумов. Для этого в устройство необходимо ввести счетчик времени и во второмрегистре 6 предусмотреть дополнительные разряды, подключенные к выходу счетчика времени, В этом случае одновременно с записью во второй регистр 6 кода вероятностного ,максимального значения в него . будет записываться и код времени на всех отсчетах возрастающего участка сигнала до достижения точки максимума. Кроме того, для защиты устройства от возможных ошибок при уровнях шумов, превышающих предельно допустимые значения для выбранной разрядности элементов, в устройство может быть введен подключенныч кстаршим разрядам первого регистра, 5 элемент ИЛИ, сигнал с которого свидетельствует о превышении допустимого уровня шума. В устройство могут быть введены также элементы, обеспечивающие вычисление йзмерительного порога, коэффициент пропорциональности которого по отношению к среднему значению шума отличен от величины 2 , где т - целое число,Ф о р м у л а . и з о б.р е т е н и я1, Лдаптивное цифровое устройство для определения амплитуды и длитель-ности случайных сигналов, содержашее первый и второй регистры, коммутатор и первый сумматор, выход суммы которого подключен к информационному входу первого регистра, выходы старших разрядов которого подключены к первой и второй группам информационных входов коммутатора и первой группе информационных входов первого сумматора, группа выходов второго регистра подключена к третьей группе информационных входов коммутатора и является группой выходов амплитуды устройства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет автоматической настройки измерительного порога по уровням шумов, оно содержит блок элементов НЕ, элемент задержки, блок управления, элемент НЕ и второй сумматор, первая группа входов которого соединена с группой выходов блока, элементов НЕ, группа входов которого подключена к группе выходов коммутатора, первый, второй и третий управляющие входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управления, вторая группа входов второго сумматора обьединена с группой информационных входов второго регистра и подключена к информационнойшине устройства, группа выходов суммы второго сумматора подключена кгруппе младших разрядов второго вхо 1 О венно вторым, четвертым, пятым, шестым, первым и третьим выходами блока управления, входы синхронизациитриггера порога и счетчика, а такжевход установки "1" триггера коммутада первого сумматора, а вьрсод переноса второго сумматора подключен к первому входу блока управления непосредственно, а через элемент НЕ к группе старших разрядов второго входа первого сумматора и его входу переноса, вход синхронизации устройства соединен с вторым входом блока управления, четвертый и пятый выходы которого подключены к входам синх ронизации соответственно первого и второго регистров, вход установки "О" последнего из которых соединен с выходом элемента задержки, вход которого подключен к шестому выходу 20 блока управления и является синхронизирующим выходом устройства, седьмой выход блока управления является выходом длительности сигнала устройства. 252. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит счетчик, триггер длительности, триггер порога, первый, второй элементы задержки, первый и 30 второй элементы НЕ, элемент ИЛИ, пять элементов И и триггер коммутации, инверсный выход которого и выходы элементов И являются соответстции и вход первого элемента задержки объединены и являются вторым входом блока управления, выход первогоэлемента задержки подключен к входуустановки "О" триггера коммутации ипервым входам первого и второго элементов И, второй вход второго элемента И объединен с информационнымвходом триггера порога и являетсяпервым входом блока управления, прямой выход триггера порога соединенс управляющим входом счетчика непосредственно, а через второй элемент задержки - с входом первого элемента НЕ и первым входом третьегоэлемента И, выход первого элементаНЕ подключен к входам установки "О"триггера длительности и счетчика,разрядные выходы которого являютсяседьмым выходом блока управления,а выход переноса соединен с входомустановки "1" триггера длительности,инверсный выход которого подключенк второму входу третьего элемента И,третий вход которого объединен спервым входом элемента ИЛИ и под 1ключен к инверсному выходу триггера порога, второй вход элемента ИЛИсоединен с прямым выходом триггерадлительности, а выход элемента ИЛИподключенк второму входу первого ик первому входу четвертого элементовИ непосредственно, а через второйэлемент НЕ - к первому входу пятогоэлемента И, второй вход которогообъединен с вторым входом четвертого элемента И и подключен к прямомувыходу триггера коммутации.Тираж 671 ИПИ Государственно о делам изобретениМосква, Ж, Ра Подписнокомитета СССРи открытийская наб д, 4/5