Анализатор спектра уолша

(19) (11) С 06 Р 15 332 ОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ И ЫЙ НОМИТЕТ СС ОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54) АНАЛИ (57) Изобр тике и выч быть испол анализа сл ЗАТОР СП тение о слитель эовано учайных РА УОДПА осится к автомай технике и мотетя спектральногооцессов, опредеК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельз 1049919, кл. С 06 Р 5Авторское свидетельстВ 1020834, кл С 06 Р 15 ления их статистических характеристик, в системах виброиспытаний. Цель- изобретения - расширение функциональных возмохностей за счет вычисления энергетического спектра Уолша. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содерхит четыре счетчика, накапливающий сумматор, преобразователь прямого кода в дополнительный; три триггера три элемента И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, де-; мультиплексор, шесть мультиплексора, регистр сдвига, элемент ИЗБ-НЕ, реверсивный счетчик, умнакитель, два элемечта ИЛИ, одновибратор, блок.па-мяти, блок формирования пачек импульсов, регистр и соответствующие связи между узлами устройства. 2 ил.Окончательно можно записать 1 О где 2/НК (1), й ФО К И) 15 автокорреляционные Функции системыУолша. Таким образом, соотношение(4) представляет эффективную процедуру вычисления энергетического спектра мощности Уолша стационарного случайного процесса.. На фиг.1 представлена функциональная схема анализатора спектра Уолша,на Фиг,2 - Функциональная схема блокаФормирования пачек импульсов,Анализатор спектра Уолша содержиттриггеры 1-3, регистр 4 сдвига, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5, элементыИ 6-8, блок 9 Формирования пачек импульсов, мультиплексор 10, счетчики11-14, умножитель 15, накапливающийсумматор 16, блок 17 памяти, регистр18, демультиплексор 19, мультиплексоры 20-24, реверсивный счетчик 25,элементы ИЛИ 26 и 27, преобразовательпрямого кода в дополнительный 28,вход 29 задания режима, элемент ИЛИНЕ 30 т одновибратор 31, Причем блок9 формирования пачек импульсов ((фиг.2) содержит триггеры 32 и 33,счетчик 34, элементы ИЛИ 35 и 36,элемент НЕ 37, счетчики 38 и 39, эле 1менты И 40 и 4 1, элемент НЕ 42.Блок Формирования пачек импульсовработает следующим образом,В исходном состоянии все счетчикии триггер 33 установлены в "0", атриггер 32 - в ".1"Тактовые импульо. сы через элементы ИЛИ 35 и 36 поступают на тактовые входы счетчиков 38и 34, а также на выходы 1 и 2 блока9 формирования пачек импульсов. Понакоплении в двоичном счетчике 38Я импульсов на его выходе переносапоявляется импульс, поступающий на 20 25 йМ МххЬ) хо к:о 401 йК1,т ( ) - ) К (:-с) ча 1(1,) К=1 =О м1( ,1 с)+ -1 С(с - 1 с) 1(1 с)х К:О :К 1 45 х ма 1 Ц,1 с)+ Е К(0) та 1(3,1 с) к.-о х ъта 1(3,1 с)Или иначеК (,) ча 1(1,1 с-;) х 55 х ъта 1(д,1 с) + К(0). Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может бытьиспользовано для спектрального анализа случайных процессов, определенияих статических характеристик, в системах виброиспытаний,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройства за счет вычисления энергетического спектра Уолша.Энергетический спектр мощностиИ(1) в базисе Уолша случайного процесса х(С) с математическим ожиданием ш = 0 определяется как математическое ожидание квадрата коэффициентов разложения отрезка. реализациислучайного процесса, т.е.1И(3) = Мх(с)ъта 1(3,е).,(1)где М - символ математического ожидания1 та 1(3,) - функции Уолша. х ъта 1(1,й) юа 1(1,1 с). (2) Отсюда при ш = 0 получают ЗО М.1 й 1(З) = 2- - -. КкЬ - )да 1(Ь).с1.=о к=ох да 1(1 в 1 с)ь (3) 35где К(й) - автокорреляционная функция процесса х(с), Преобразуя (3), получают И-й Н-К 1Е Е К (Г)юа 1(3 1 с+1) х к.-о Переставляя индексы суммирования,имеют 1/Н К(0), с = 0ПЬЯ К. (1,1 ) = 1 тта 1(д,1 с).1 та 1(1,с+1)к-о (5)выход 4 блока 9 формирования пачек импульсов,и триггер 32 устанавливается в .0". "0" на втором входе элемента И 41 запрещает прохождение следую щего (И+1)-го импульса на выход блока 9 формирования пачек импульсов, а также через элементы ИЛИ 35 и 36 на вход счетчика 34 и выход 2 блока 9 формирования пачек импульсов. (И+1)-й импульс, поступая на тактовый вход 1 О триггера 32, отрицательным перепадом устанавливает его в "1".Таким образом, на выходе элемента И 41, совпадающем с выходом 1 блока 9 формирования пачек импульсов, генерируется последовательность сигналов, По накоплении импульсов в счетчике 34 на выходе его перекоса формируетсяувеличивающая содержимое счетчика 39 на "1" и устанавливающая триг гер 33 в "1"., которая поступает на вход разрешения загрузки и через элемент ИЛИ 35 - на тактовый вход счетчика 34, в который записывается число, накопленное в счетчике 39. 1 на 25 вторых входах элементов ИЛИ 35 и 36 запрещает прохождение импульсов на тактовый вход счетчика 34 и выход 2 блока 9 Формирования пачек импульсов. Импульс с выхода элемента И 40, пос- зо тупающий на второй установочный вход триггера 33, устанавливает его в "О", и на выходе 2 блока 9 Формируется последовательность импульсов. Каждая последующая пачка импульсов содержит З на один импульс меньше предыдущей поскольку счет в счетчике 34 будет начинаться с числа на "1" большего чем в предыдущий раэ.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии триггер 3 и счетчик 13 обнулены. При этом тактовые импульсы поступают через мультиплексор 24 на счетный вход счетчика 13, формирующего адрес блока 17 памяти, и через элемент ИЛИ-НЕ 30 - на управляющий вход "Чтение/запись" блока 17 памяти, чем обеспечивается запись в блок памяти входного массива Ю данных. По заполнении блока 17 памяти на выходе переноса счетчика 13 сформирован импульс, который, поступая на тактовый вход триггера 3, устанавливает его в "1", При этом на выходе 55 одновибратора 31 формируется импульс, устанавливающий счетчики 11, 12, 14, триггер 1 и блок 13 вывода в "0", "1" на управляющем входе мультиплексора24 обеспечивает подключение выходамультиплексора 23 к счетным входамсчетчика 13 и накапливающего сумматора 16, "1" на входе элемента ИПИ-НЕ30 обеспечивает для блока 17 памятирежим считывания данных, "1" на входеэлемента И 8 разрешает прохождениетактовых импульсов на входы счетчика11 и блока 9 формирования пачек импульсов. Далее в зависимости от управляющего сигнала на входе 29 устройство будет работать в заданном режиме,Рассмотрим режим спектрального анализа (на управляющем входе 29 - "0"), В блок 17 памяти записываются ординаты автокорреляционной функции исследуемого процесса, причемЕ, при с = 0 К(с)22(й), при г. Ф 0На счетчике 11, элементе 7 И и мультиплексоре 10 собран генератор кусочно-постоянных функций Уолша. Счетчик 12 управляет мультиплексором 10. Низкий. уровень сигнала на управ-. яющем входе демультиплексора 19 подючает выход мультиплексора 10 через элемент ИЛИ 26 к входу регистра 4 сдвига. При этом элемент И 6 запрещает прохождение информации на вход регистра 4 сдвига и на вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЗ%-НЕ 5. Далее по И тактовым импульсам в регистр 4 сдвига записываются ординаты нулевой функции Уолша.Импульсом на выходе 4 блока 9 формирования пачек импульсов триггер 1 устанавливается в "1", а триггер 2 и реверсивный счетчик 25 - в "О". Высоким уровнем сигнала на управляющем входе демультиплексора 19 выход мультиплексора 10 подключается к входуэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5, к дру. гому входу которого подсоединяется выход регистра 4 сдвига через элемент И 6, через элемент ИЛИ 26 регистр 4 сдвига закольцовывается. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5 Формируются произведения соответству ющих ординат кусочно-постоянных функ. ций Уолша. Сигнал с выхода элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ 5 управляет направлением счета реверсивного счетчика 25 ("1" - сложение, "0" - вычита ние) и поступает на информационный вход триггера 2, 1264 Выход переноса реверсивного счетчика 25 подключен к тактовому входу триггера 2, тем самым обеспечивается формирование знака функции КЯ ,С) на выходе триггера 2. 5Модуль ординаты функции содержится в реверсивном счетчике 25 согласно выражению (5), Если ордината отрицательна, то триггер 2 установлен в "1" и преобразователь 28 прямого кода в 10 дополнительный формирует дополнительный код. Если ордината положительна, то преобразования кода не происходит. На выходе умножителя 15 формируются произведения соответствующих ординат 15 функций КЯ,Г) и отсчетов автокорреляционной функции К(С), которые накапливаются сумматором 16 по импульсам, поступающим через мульти" плексоры 23 и 24, с выхода 4 блока 9 20 формирования пачек импульсов.Одновременно содержимое счетчика 13 увеличивается на "1", обеспечивая выбор следующего отсчета антокорреля 25 ционной Функции, По переполнении счетчика 13 на его выходе переноса сформируется импульс, по которому в блок 18 вывода записывается ордината энергетического спектра Уолша, и содержимое счетчика 14 увеличивается на "1", После вычисления всех отсчетов энергетического спектра на выхо-, де переноса счетчика 14 формируется импУльс, который через элемент ИЛИ 27 устанавливает счетчик 13 И триггер 5 3 в "0", Тем самым обеспечиваются начальные условия пуска устройства,Рассмотрим режим вычисления коэффициентов. В этом случае на вход 29 подается "1". Импульсом "Пуск" через элемент ИЛИ 27 триггер 3 устанавливается в "0". Далее в блок 17 памяти записываются ординаты исследуемого процесса х(е). По заполнению блока45 17 памяти на выходе переноса счетчи.ка 13 формируется импульс, устанавли, ающий триггер 3 в "1", При этом импульсом на выходе однонибратора 31счетчики 11, 12, 14, триггер 1, блок18 вывода устанавливаются н "0", Да-лее ординаты кусочно-постоянных функций Уолша поступают через мультиплексор 20 на управляющий вход преобразователя 28 прямого кода в дополнительный, на информационный вход которого поступает через мультиплексор .11 код 00 01. Умножитель 15 Формирует на выходе произведение отсчетов х(Г) 199Ьна ча 1(С), которые затем накапливаются сумматором 16 и по импульсам на выходе переноса счетчика 3 записываются н регистр 18, После заполнения информацией регистра 18 на выходе переноса счетчика 14 Формируется импульс, устанавливающий триггер 3 и счетчик 13 в "0", т.е. устройство сиона готово к работе.Формула изобретенияАнализатор спектра Уолша, содержащий первый счетчик, преобразовательпрямого кода н дополнительный, накапливающий сумматор, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей засчет вычисления энергетического спектра Уолша, он содержит три триггера, три элемента И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, демультиплексор, шесть мультиплексоров, регистр сднига, элемент ИЛИ-НЕ, ренерсивный счетчик, нторой, третий и четвертый счетчики, умножитель, два элемента ИЛИ, одновибратор, блок памяти, блок формиронания пачек импульсов и регистр, причем выходпервого триггера подключен к первому информационному входу первого мультиплексора, ныход которого подключен к управляющему входу демультиплексора, первому входу первого элемента И и счетному входу первого счетчика, информационный выход которого подключенк управляющему входу второго мультиплексора, -й (д =1,п, и - разрядность) информационный вход группы которого соединен с х-м входом второгоэлемента И и подключен к выходу 1-го разряда второго счетчика, выход второго элемента И подключен к первомуинформационному входу второго мультиплексора, выход которого подключен кпервому информационному входу третьего мультиплексора и информационномувходу демультиплексора, первый выходкоторого подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, второй выход демультиплексора подключен к первому входу первого элемента ИЛИ,выход которого подключен к информационному входу регистра сдвига второй вход первого элемента,ИЛИ объединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ и подключен к выходу первого элемента И, второй вход которого подключен к информационному последо 126475 ательному выходу регистра сдвига, тактовый вход которого объединен с первым информационным входом четвертого мультиплексора и подключен к первому выходу блока формирования пачек импульсов, второй выход которого подключен к тактовому входу реверсивного счетчика, выход переноса которого подключен к тактовому входу второго триггера, информационный вход ко О торого объединен с управляющим входом реверсивного счетчика и подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, установочный вход реверсивного счетчика объединен с установочным входом 15 второго счетчика, вторым информационнм входом четвертого мультиплексора, первым установочным входом первого триггера, вторым информационным входом первого мультиплексора и подклю- щ чен к третьему выходу блока формирования пачек импульсов, выход второго триггера подключен к второму информа-, ционному входу третьего мультиплексора, выход которого подключен к управлякщему входу блока преобразования прямого кода в дополнительный, вход которого подключен к выходу пятого мультиплексора, первый информационный вход которого подключен к информационному выходу реверсивного счетчика, второй информационный вход пятого мультиплексора является входом задания константы устройства, выход четвертого мультиплексора подключен к первому информационному входу шестого мультиплексора, выход которого подключен к счетному входу третьего .счетчика и тактовому входу накапливающего сумматора, вход которогоподключен к выходу умножителя, первый вход которого подключен к выходу блока преобразования прямого кода в до 199полнительный, второй вход умножителяподключен к выходу блока памяти, управляющий вход которого подключен квыходу элемента ИЛИ-НЕ, адресный входблока памяти подключен к информационному выходу третьего счетчика, выходпереноса которого подключен к первомуустановочному входу третьего тригге-;ра, счетному входу четвертого счетчика и тактовому входу регистра, информационный вход которого подключен. квыходу накапливающего сумматора, выход регистра является информационнымвыходом устройства, информационнымвходом которого является информационный вход блока памяти, управляющиевходы первого, третьего, четвертогои пятого мультиплексоров объединеныи являются входом задания режима устройства, тактовый вход которого подключен к первым входам элемента ИЛИНЕ и третьего элемента И и второмуинформационному входу шестого мульти-плексора, управляющий вход которогообъединен с вторыми входами второгоэлемента ИПИ-НЕ и третьего элементаИ, входом одновибратора и подключенк выходу третьего триггера, второйустановочный вход которого объединенс установочным входом третьего счетчика и подключен к выходу второгоэлемента ИЛИ, первый вход которогоподключен к выходу переноса четвертого счетчика, установочный вход которого объединен с установочными входами регистра, первого и второго счетчиков, первого триггера и подключенк выходу одновибратора, второй входвторого. элемента ИЛИявляется входомзапуска устройства, выход третьегоэлемента И подключен к тактовым входам второго счетчика и блока формирования пачек импульсов,/50 ВНИИПИ Гос по делам113035, Моск Тирах 6дарственногоизобретенийа, Ж, Раув