Адаптивный анализатор спектра

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИцЕСКИХ А 837 Ы РЕСПУБЛИК 5)5 6 01 Я 2 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) САНИЕ ИЗОБРЕТГНИЯ Бюл. В 32одский политехнически инс онине свидетельство СССРл. С 01 В 23/16, 1990,ВНЫй АНАЛИЗАТОР СП тель- ьзомах диоАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1) 48841232) 19.11.906) 30.08.931) Нижеготут2) А.Н.Кост6) Авторск1777097,4) АДАПТИ( 7) Изобретение относится к измери ой технике и предназначено для испо ания в радиотехнических систе азличнпго назначения, в частности ра локационных, радионавигационных, системах радиосвязи для спектрального анализа многокомпонентных случайных процессов. Целью изобретения является повышение быстродействия адаптивного анализатора спектра, Цель достигается введением в устройстве блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, выполнением адаптивного решетчатого фильтра 2. Устройство также содержит входной аналогоцифровой преобразователь 1, измеритель 3 дисперсии, блок 4 деления, блок 5 формирования микрокоманд, блок 7 дискретного преобразователя Фурье. 2 з,п, ф-лы, 4 ил,Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в радиотехнических системахразличного назначения, в частности радиолокационных, радионавигационных, системах радиосвязи для спектрального анализамногокомпонентных случайных процессов,Целью изобретения является повышение быстродействия,На фиг,1 представлена структурная схе- "0ма адаптивного анализатора спектра; нафиг.2 - структурная схема адаптивного решетчатого фильтра; на фиг.З - структурнаясхема блока вычисления коэффициентовлинейного. предсказания; ца фиг,4 - оремецная диаграмма распределения синхро импульсов,Адаптивный анализатор спектра содеркит входной аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, последовательно 20соединенные адаптивный решетчатыйфильтр 2, измеритель 3 дисперсии и блок 4деления, блок 5 формирования .микрокомацд, блок б вычисления коэффициентоолинейцого предсказания, блок 7 дискретного 25преобразователя Фурье. М выходов адаптивного решетчатого фильтра 2 соединены ссоответствующими М информационнымивходами блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, М выходов которого подключены к М соотоетствующимвходам преобразователя 7 Фурье, Первый,второй, третий и четвертый входы синхронизации последнего соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым 35выходами блока 5 формирования микрокомацд, шестой выход которого подключен ксицхровходам АЦП 1, измерителя 3 дисперсии, блока 4 деления и вторым синхрооходам адаптивного решетчатого 40фильтра 2. Первый, третий и четвертыйсинхровходы адаптивного решетчатогофильтра 2 подключены соответственно кпервому, седьмому и восьмому выходамблока 5 формирования микрокоманд, пероый, второй и третий синхровходы блока бвычисления коэффициентов линейногопредсказания соединены соответственно свторым, третьим и четвертым входами блока5 формирования микрокоманд, выход блока 504 деления является оыходом спектроанализатора.Адаптивный решетчатый фильтр 2 состоит из М идентичцых последовательно соединенных звеньев 8-18-М, коадраторов 559, 10 и сумматора 11, входами соединенногос выходами квадраторов 9, 10, Выход сумматора 11 соединен с первым выходом фильтра 2, входы квадратороо 9, 10 подключены кпервому и второму выходу М-го звена 8-М фильтра. Информационный вход фильтра 2 подключен к первому и второму информационным входам первого звена 8-1, первый, второй и третий и четвертый входы синхронизации фильтра 2 подключены соо-;ветственно к первому, оторому, третьему и четвертому входам синхронизации осех М звеньев 8-18-М, третьи информационные выходы звеньев являются выходами адаптивного решетчатого фильтра 2. Каждое из М звеньев 8-18-М состоит из квадраторов 12, 13, блоков 14, 15, 16 задержки, регистров 17, 18 сдвига, блоков 19, 20, 21 умножения, сумматоров 22, 23, 24, 25, делителя 26. Первый информационный вход звена 8-1 соединен с входом квадратора 12, первым входом умцожителя 19, информационным входом первого регистра 17 сдвига, а второй информационный вход звена является ицформационцам входом блока 14 задержки, выход которого подключен к входу квадратора 13, второму входу блока 19 умножения, информационному входу регистра 18 сдвига. Выходы квадраторов 12, 13 соединены соответственно с вторым и третьим входами сумматора 22, первый вход которого подключен к выходу блока 15 задержки, Выход сумматора 22 является оходом блока 15 задержки и первым входом делителя 26. Выход блока 19 умножения соединен с первым входом сумматора 23, второй вход которого подключен к выходу блока 16 задержки. Выход сумматора 23 подключен к входу блока 16 задеркки и второму входу делителя 26, выход которого является третьим информационным выходом звена 8-1 и соединен с вторыми оходами блоков 20, 21 умножения, Выход регистра 17 сдвига подключен к первым входам сумматора 24 и блока 20 умножения, выход которого соединен с вторым входом сумматора 25. Выход второго регистра 18 сдвига подключен к первым входам сумматора 25 и блока 21 умножения, выход которого подключен к второму входу сумматора 24, Выход сумматора 24 является первым информационным выходом звена 8-1, вторым информационным оыходом которого является выход сумматора 25. Первый вход синхронизации звена 8-1 подключен к синхровходу делителя 26, второй вход синхронизации соединен с входами сицхрониэаоии блоков 14, 15, 16 задержки, третий оход синхронизации подключен к оходам синхронизации квадраторов 9, 10, 12, 13 и блоков 19, 20, 21 умножения, четвертый вход синхронизации соединец с входами синхронизации сумматоров 11, 22, 23, 24, 25. Третий информационный выход в-го (гп = 1 М) звена соединен с п 1-выходом адаптивного решетчатого фильтра 2,5 1837240 5 10 20 25 30 м2 Х гв - 1, 1 - (в - 1)(м+2)+1Ьв - 1, (. - (в - 1)(м+2) цв, 1:в(М+гн 1 мгХ (ггп - 1, - (в - 1)(м+г)+1 +Ьв - 1,1. - (в - 1)(м+г) ) 35 40 45 50 Блок 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания состоит из М вычис.ительных каскадов 27-127-М, имеющих ,регулярную структуру и соединенных послеовательно. Каждый п 1-й каскад (гп = О, М = 1) имеет гп+ 1 информационных входов, из которых гп входов подключены к гп соответствующим входам (в)-го каскада, а (п 1+1)-й ход является (п 1+1)-м информационным ходом блока 6 вычисления коэффициентов инейного предсказания, М выходов (а)- о каскада являются информационными выодами блока 6 вычисления коэффициентов инейного предсказания, первый, второй и ретий входы синхронизации подключены оответственно к первому, второму и треть- му входам синхронизации каждого вычисительного каскада. При этом каждый в-й аскад содержит ряд из п 1 умножителей 28- .28-т, ряд из гп сумматоров 29-129-гп и лок 30 задержки, 1-й информационный ход (1 = 1,М) п 1-го каскада соединен с перым входом 1-го умножителя 28-1 и первым ходом 1-го сумматора 25-1, вторые вхоы умножителей 28-128-гп объединеы и соединены с (гп+1)-м входом аскада 27-(гп+1) и подключены к перво,у входу блока 30 задержки, выход 1-го множителя 28-1 соединен с вторым ходом (в+1)-го сумматора 29-(щ+1), ход 1-го сумматора 29-1 является 1-м нформационным входом каскада 27- -(М+1), (я+1)-м выходом является выход блоа 30 задержки. При этом в каждом каскаде 1 г Е ЦвЛ.- коэффиЦиент частной коРРелЯЦиия п 1-го звена 8-в. гп = 1,М, в момент вреени 1;гв,ь ЬвЛ.- ошибки прямого и обратного редсказания на выходе в-го звена в моент времени 1.Одновременно по М+1 синхроимпульсам Сб (фиг.4), поступающим с шестого выхрда блока 5 формирования микрокоманд, У+1 значение прямой и обратной ошибокПрЕдСКазаНИя ГвЛ:(в)(м+2 Н 1, ЬвЛ.-(в)(М+2) 3 поминаются соответственно в регистрах 1 и 18 сдвига. Деление производится в делителе по синхроимпульсу С 1, поступающему с первого выхода блока 5 формирования микрокоманд, одновременно с В ЧИСЛЕНИЕМ цвЛ.-в(М+2)+1 дЛя ПрЕдЫдущЕГОО СЧЕта ПО ЗНаЧЕНИяМ цвЛ:в(М+2), ЬвЛ:в(М+2), г -1,ьт(в+2)+1 в сумматорах 23, 24, блоках 19,первый синхровход соединен с синхровходом блока 30 задержки, второй синхровход подключен к синхравходу каждого умножителя 28-1.28-гп, а третий синхровход соединен с синхровходами каждого сумматора 29-129-п 1.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии в блоке 5 формирования микрокоманд установлены начальные условия. Предварительно в измерителе 3 дисперсии, блоках 14, 15, 16, 30 задержки, преобразователе 7 Фурье записаны нулевые значения,При измерении спектра на вход анализатора подается исследуемый сигнал х(1), а в блоке 5 формирования микрокоманд на шестом выходе вырабатывается сигнал, который поступает на управляющий вход АЦП 1. Полученный отсчет х(. с выхода АЦП 1 поступает на информационный вход адаптивного решетчатого фильтра 2, где поступает в первое звено 8-1 на третий квадратор 12, первый умножитель 19, первый блок 14 задержки, первый регистр 17 сдвига, В соответствии с М синхроимпульсами С 7, С 8 (фиг,4), поступающими соответственно с седьмого и восьмого выходов блока 5 формирования микрокоманд, в третьем и четвертом квадраторах 12, 13, сумматорах 22,23, умножителе 19, используя блок данных объемом М, вычисляется одновременно вовсем М звеньях 8-18-М делимое и делительвыражения 20 умножения с приходом синхроимпульсовСб, С 7 на первом и втором информационныхвыходах звена 8-гп ошибки прямого и обратного предсказания по соотношению Ьвл:в(м+2) Ьв,ьп(м+2) - цв.ьв(м+2) хХ ГвЛ:в(М+г)+1; Гв,(:в(М+2) Гв,Ьп(М+2)+1 " цв,Ьп(М+2) Х Х Ь вА-в(М+2)+1 Ошибки предсказания ьмл:м(м+2) гмА-м(мг) с выходов последнего звена 8-М адаптивного решетчатого фильтра 2 возводятся в квадрат по стробу Сб и суммируются по стробу С 8 в квадраторах 9, 10 и сумматоре 11. С первого выхода фильтра 2 ошибка е 1.-м(м+2)+1 - Ь м,-м(м+2) + г м,(.-м(м+2)г г 2поступает на вход измерителя 3 диспер 183724025 30. ниям 35 числительного каскада 27-М сформиро 45 50 сии, реализующего функцию ог(:м(м+2)-г-Аог(:м(м+2) + (:м(м+2)-1, с выхода которого в блок 4 деления поступает задержанное значение дисперсии ог(:м(м+г)-г .Одновременно с обработкой в адаптивном решетчатом фильтре 2 входного сигнала происходит формирование коэффициентов линейного предсказания в блоке 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания.По синхросигналу С 2, поступающему с второго выхода бгока 5 формирования микрокоманд, М коэффициентов линейного предсказания г(1,цм поступают на М входов блока 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания, в котором коэффициент отражения цп поступает на (а+1)-й вход а-го каскада 27-(М+1), а коэффициентов линейного предсказания поступают с соответствующих выходов (а)-го каскада 27-а, где по синхроимпульсу СЗ умножаются на коэффициент отражения цп, далее по синхроимпульсу С 4, поступающему с четвертого выхода блока формирования микрокоманд, на выходах а-го каскада формируются коэффициенты линейного предсказания А 1 л:в(м+2)Аа-л:т(м+2), а по синхросигналу С 2- АЛы(м+2) по соотношеАпл:ьм+2)-1 Апл.-в(м+2) + ЦпзАпз.пл:в(м+2),где и - номер отсчета импульсной характеристики (и = 1.М).В остальных каскадах вычисление коэффициентов отражения происходит аналогично.В итоге на выходе последнего выва н ь значен ия коэффициентов линейного предсказания (импульсной характеристики), задержанные на М(М+2)+1 такт дискретизации (синхросигнал С 6) относительно момента прихода соответствующего отсчета ХОдновременно с адаптивным решетчатым фильтром 2 и блоком 6 вычисления коэффициентов линейного предсказания работает преобразователь 7 Фурье, реали-. зующий дискретное преобразование Фурье по соотношению м - 1К, - Х Апехр(-)2 та/М). С выхода преобразователя 7 Фурье отсчеты квадратов АЧХ К (:м(м+2)г поступаютгна первый вход блока 4 деления, на второй 5 10 15 20 вход которого подают значения дисперсии ог:м(м+2)-г с выхода измерителя 3 дисперсии. По импульсам, поступающим с четвертого выхода блока 5 формирования микрокоманд на управляющий вход блока 4 деления. происходит вычисление оценки спектра по соотношениюОЕ;М(М+2)-ЗЩ = о .-М(М+2)-2 /К Е,-М(М+2)-2,гОценка спектра для следующего отсчета данных Х.+ будет сформирована на следующий такт (-М(М+2)-2 аналогично предыдущей оценке спектра.Формула изобретения 1, Адаптивный анализатор спектра, содержащий последовательно соединенные входной аналого-цифровой преобразователь, адаптивный решетчатый фильтр, измеритель дисперсии и блок деления, блок формирования микрокоманд и блок дискретного преобразователя Фурье, выход которого соединен с вторым входом блока деления, выход которого соединен с выходом устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, в него ооедены дополнительный блок вычисления коэффициентов линейного предсказания, М информационных входов которого соединены с М выходами адаптив- . ного решетчатого фильтра, М выходов подключены к М соответствующим входам преобразователя Фурье, первый, оторой, третий и четвертый оходы синхронизации которого последовательно соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым выходами блока формирования микрокоманд, шестой выход которого подключен к синхровходам аналого-цифрового преобразователя, измерителя дисперсии, блока деления и второму синхрооходу адаптивного решетчатого фильтра, первый, третий и четоертый синхровходы которого подключены соответственно к первому, седьмому и восьмому оыходам блока формирования микрокоманд, первый, второй и третий синхровходы блока вычисления коэффициентов линейного предсказания сое. динены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами блока формирования микрокоманд.2. Анализатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что адаптивный решетчатый фильтр выполнен в виде М идентичных, последовательно соединенных звеньев, первого и второго квадраторов и сумматора, входами соединенного с выходами квадраторов, выход сумматора соединен с первым выходом фильтра, входы коадраторов подключены кпервому и второму выходу М-го звена фильтра, информационный вход фильтра подключен к первому и второму информационному входу первого звена, первый, второй, третий и четвертый входы синхронизации фильтра подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам синхронизации всех М звеньев, третьи информационные выходы звеньев соединены с выходами адаптивного решетчатого фильтра, при этом каждое из М звеньев состоит из третьего и четвертого квадраторов, первого, второго и третьего блоков задержки, первого и второго регист, ров сдвига, первого, второго и третьего блоков умножения, второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров, делителя, первый информационный вход звена соединен с входол третьего квадратора, первым входом первого умножителя, информационным входол первого регистра сдвига, а второй информационный соединен с информационным входом первого блока задержки, выход которого подключен к входу четвертого квадратора, второму входу первого блока умножения,. информационномувходу второго регистра сдвига, выходы третьего и четвертого квадраторов соединены соответственно с вторыми и третьим вхоами второго сумматора, первый входкоторого подключен к выходу второго блока задержки, выход второго сумматора соедиен с входом второго блока задержки и пер-ым входом делителя, выход первого блокамножения соединен с первым входом ретьего сумматора, второй вход третьего умматора подключен к выходу третьего лака задержки, выход третьего сумматора одключен к входу третьего блока задержки второму входу делителя, выход делителяоединен с третьим информационным выхоом звена и соединен с вторыми входами торого и третьего блоков умножения, выод первого регистра сдвига подключен к ервым входам четвертого сумматора и втоого блока умножения, выход которого соеинен с вторымвходом пятого сумматора, ыход второго регистра сдвига подключен к ервым входам пятого сумматора и третьего лака умножения, выход которого подклю-ен к второму входу четвертого сумматора,ыход четвертого сумматора соединен с ервым информационным выходом звена,вторым информационным выходом звена является выход пятого сумматора, первый вход синхронизации звена подключен к синхровходу делителя, второй вход синхрони зации соединен с входами синхронизациипервого, второго и третьего блоков задержки, третий вход синхронизации звена подключен к входам синхронизации первого, второго, третьего и четвертого квадраторов 10 и первого, второго и третьего блоков умножения, четвертый вход синхронизации звена соединен с входами синхронизации первого, второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров, третий информационный 15 выход гп-го (в = 1,М) звена соединен с гп-мвыходом адаптивного решетчатого фильтра.3,Анализатор по п.1, отл и ч а ю щи йс я тем, что блок вычисления коэффициентов линейного предсказания состоит из М вы числительных каскадов регулярной структуры, соединенных последовательно, при этом каждый в-й каскад (в = О, М - 1) имеет в+1 информационный вход, из которых в входов подключены к в соответствующим 25 входам (в)-го каскада, а (в+1)-й вход соединен с ив+1)-л информационным входом блока вычисления коэффициента линейного предсказания, М выходов (М)-го каскада соединены информационными выходами 30 блока вычисления коэффициентов линей. ного предсказания, первый, второй и третий входы синхронизации подключены соответственно к первому, второму и третьему входам синхронизации каждого 35 вычислительного каскада, при этом каждыйв-й каскад выполнен в виде в умножителей, гп сумматоров и блока задержки, при этом 1-й информационный вход ( - 1,М) в-го каскада соединен с первым входом 1-го ум ножителя и первым входом 1-го сумматора,вторые входы умножителей обьединены и соединены с (в+1)-м входом каскада и подключены к первому входу блока задержки, выход 1-го умножителя соединен с вторым 45 входом (в+1)-го сумматора, вход 1-го сумматора соединен с 1-м информационным выходом каскада, (в+1)-й выход соединен с выходом блока задержки, при этом в каж. дом каскаде первый синхровход соединен с 50 синхровходом блока задержки, второй син. хровход подключен к сийхровходу каждогоумножителя, а третий синхровход соединен с синхровходами каждого сумматора.. Герещи Редактор Т. Ю орр Заказ 2863 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СС изводственно-издательский комбинат "Па г. Ужгород, ул.Гагарина, 1