Адаптивный спектроанализатор

<й Ф р ®ф СОЮЗ СОВЕТСНИХ С,„,4., СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ь,,, (19) (И) А

3(51) 0 01 Н. 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (,(.=ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ю ()

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3462839/18-21 (22) 02.07.82 (46) 23.10.83. Бюл. 9 39 (72) N.Á.Ñòoëáoâ, В.И.Якименко, Н.П.Львов и Ц.Б.Эп))тейн (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 621.317.757(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 669235, кл. 0 01 R 23/00, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

9 834585, кл. 0 01 R 23/16, 1980. (54 ) (57 ) АДАПТИВН(Я С((ЕКТРОАНАЛИЗАТОР, содержащий последовательно соединенные квантователь и блок вычисления спектра, блок синхронизации, выход которого подключен к тактовым входам квантователя и счетчика выборок, а также счетчик секций, подключенный к входу блока внчисления спектра, выход которого соединен с выходом спектроанализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности вычисления спектра, в него дополнительно введены два регистра сдвига, инвертирующий сумматор, многовходовой сумматор, два квадратора, два накапi ! ливающих сумматора, делитель -кода н последовательно. соединенные первый регистр числа, умножитель, блок извлечения корня пятой степени, второй регистр числа и блок сравнения, при этом первый и второй регистры сдвига соединены последовательнои включены между выходом блока вычисления спектра и одним входом миЬговходового сумматора, второй вход которого соединен непосредственно с выходом блока вычисления спектра, а третий вход соединен с выходом инвертирукчцего сумматора, первый и второй входы которого соединены с выходом первого регистра сдвига и входом первого квадратора, вход второго квадратора соединен с выходом многовходового .сумматора, а первый и второй накапливающие сумматоры включены между выходами соответствующих первого и второго квадраторов и входами делителя кода, выход которого соединен с вторым входом умножителя, причем выход счетчика выборок соединен с вторым входом блака

/ сравнения, выход которого соединен с управляющими входами счетчика вы-. борок, счетчика секций и третьим входом блока вычисления спектра.

1049823

Изобретение относится к средствам электроиэмерительной техники и-может быть использовано дЛя анализа спектральных характеристик в условиях малой априорной информации о классе исследуемых случайных процессов, при обнаружении гармоник в шуме, например,.в радиофизике, метеорологии, технической диагностике.

Известны цифровые спектроанализа 10 торы, реализующие алгоритмы быстрого преобразования Фурье, содержащее последовательно соединенные квантователь, ряд" регистров сдвига, к вы,ходам которых последовательно.под- f5 ключены умножители и накапливающие сумматоры, выходы которых подключены к входу блока вычисления спектра (1).

Недостаток анализатора — необходимость введения избыточного коли- 1 ч:ства элементов обработки выборок для получения достаточно точных оценок спектра сложной формы и субъективное задание параметров экспери ментов, что приводит также к необходимости увеличения временИ анализа.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой спектроанализатор, содержащий квантователь, соединенный с блоком вычисления спектра, блок управления (регистры задания параметров обработки и блОк синхронизации}, соединенный с тактовым входом счетчика выборок, квантователя и счетчика секций, выход которого соединен.с вторым входом блока вычис- 35 ления спектра, третий вход которого подключен к выходу счетчика выборок.

При этом блок вычисления спектра содержит процессоры быстрого преобразования Фурье для вычисления пе- 40 риодограммоценок спектра каждой секции (отрезка реализации процесса), устройства преобразования и усреднения К периодограмм (2).

Недостатком известного спектро- 45 анализатора является значительная статистическая погрешность, определяемая систематической и.случайной составляющими и возникающая иэ-за несогласованности (неадекватности) параметров алгоритма .работы спектроанализатора с типом исследуемого случайного процесса вследствие сложности задания оптимальных значений длины Мо секций числа .выборок сигнала в каждой секции) и количества . выборок Кв.

Целью изобретения является увеличение точности вычисления спектра за счет использования. объективных критериев настройки оптимальных па- 6О раметров алгоритма работы, минимизирующих возникающие погрешности выч исЛени и

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный спектроанализатор, содержащий последовательно соединенные квантователь и блок вычисления спектра, блок синхронизации, выход которого подключен к тактовым входам квантователя и счетчика выборок, а также счетчик секций, подключенный к входу блока вычисления -спектра, выход которого соединен с выходом спектроаналиэатора, дополнительно введены два регистра сдвига, инвертирующий сумматор, многовходовой сумматор, два квадратора два накапливающих сумматора, делитель кода и последовательно соединенные первый регистр числа, умножитель, блок извлечения корня пятой степени, второй регистр числа и блок сравнения, при этом первый и второй регистры сдвига соединеныпоследовательно и включены между выходом блока вычисления спектра и одним входом многовходового суммато.ра,. второй вход которого соединен непосредственно с выходом блока вычисления спектра, а третий вход соединен с выходом инвертирующего сумматора, первый и второй входы которого соединены с выходом первого регистра сдвига и входом первого квадратора, вход второго квадратора соединен, с выходом.многовходового сумматора, а первый и второй накапливающие сумматоры включены между выходами соответствующих первого и

BTopokî квадраторов и входами дели- . теля кода, выход которого соединен с вторым входом умножителя, причем выход счетчика выборки соединен с вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с управляющими входами счетчика выборок, счетчика секций и третьим входом блока вычисления спектра.

На чертеже представлена структурная схема адаптивного спектроанализатора.

Адаптивный спектроанализатор содержит квантователь 1., блок 2 вычисления спектра, блок.3 синхронизации, счетчик 4 выборок, первый регистр 5 сдвига, второй регистр б сдвига, инвертирующий сумматор 7, выход которого соединен с входом многовходового сумматора 8. Квадраторы 9 и 10 через соответствующие накапливающие сумматоры 11 и 12 соединены с входами делителя 13 кода.

Последовательно соединены первый регистр 14 числа, умножитель 15, блок 16 извлечения корня пятой степени,.второй регистр 17 числа, блок

18 сравнения и счетчик 19 секций, . соединенный с вторым входом блока 2 вычисления спектра, выход которого является выходом адаптивного спектроанализатора.

Адаптивный спектроанализатор производит вычисление спектра после1049823

Кл довательным выполнением двух действий: "облучения" — на интервале L и оптимального анализа — на ннтерва; ле 4,.

"Облучение" производчтся следующим образом., .:5

В исходном состоянии все блоки обнулены, а в регистр 17 числа "записан" код числа И вЂ” длины секции, выбираемой из условия обеспечения допустимого уровня относительной случайной погрешности на интервале анализа l .

Тогда необходимое количество секций †(циклов обработки„или количест- во периодограммоценок 1са) — состав- 15 ляет !

На счет предельного количества

К иМпульсов устанавливается счет чик 19 секций. ,На первом цикле (К = 1) исследуемый сигнал подвергается в квантова.— теле 1 преобразованию в цифровой код по управляющим .импульсам от блока- 3 синхронизации. Выборки подаются в блок 2 вычисления спектра, например, по алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ), а счет количества выборки выполняется счетчиком 4. 30 выборок ° При достижении в счетчике

4 выборок числа, равного числу И, записанному .предварительно в регистре 17 числа, блок 18 сравнения фор- . мирует импульс "соответствие", ко- 35 торый:является управляющим для счетчика 4 выборок - сбрасывает его в нулевое состояние, является такто- . вым для счетчика 19 секций — запи- . сывая в и го первый тактовый импульс 40 (К = 1), а для блока 2 вычисления спектра он является командой "Вычисление периодограммы", после чего в арифметическом устройстве блока 2 вычитания спектра по этим значениям вычисляется )дискретная Й -точечная периодограмма, значения которой saпоминаются в блоке 2 вычисления спектра.

На втором цикле (K = 2) по следую-50 щей секции длительностью M отсчетов вычисляется вторая периодограмма, которая суммируется с первой.

Аналогично производятся вычисления до K = Kg секций. 55

При этом в счетчике 19 секций сформируется импульс переполнения, который поступит на второй вход блока 2 вычисления спектра, являясь командой "Усреднение периодограмм", 60 вследствие чего в блоке 2 заданной погрешностью формируется оценка спектра.

Оптимальный анализ спектра производится следующим образом. 65

Первоначально сбрасываются в нулевое состояние счетчик 4 выборок, регистр 17 чйсла и счетчик 19 циклов, а в регистр 14 числа записывается код числа (0,1L o) где!, — интервал оптимального анализа..

Вычисленный в ходе выполнения пре дыдущей процедуры спектр 5 Q> подается на выход блока 2 вычисления спектра и поступает через регистры

5 и б сдвига непосредственно и через инвертирующий сумматор 7 на соответствующие входы многовходового .сумматора 8, формируя в нем сумму л л л

С .= бо - 25 + 52. которая подается в квадратор 10..

При следующих тактах в многовходовом сумматоре 8 будут сформированы сле дующие суммы;Сд Су ..., С N. 2 в соответствии с соотношением

Л л л

Ch = Sl, -250 +sn., -которые будут поступать в квадратор

10, с выхода которого будут подаваться на накапливание в накапливающий сумматор 12

Одновременно с этим оценки спектра поступают через регистр 5 числа в квадратор 9 на накапливание в накапливающий сумматор 11. Полученные в накапливающих сумматорах 11 и 12 суммы подаются на соответствующие входы делителя 13 кода,. на выходе которого формируется число эВ, характеризующее степень неравномерности спектра..

Определив параметр Э., автоматически выполняется оптимизация длительности секций Мц, что осуществляется в соответствии с отношением

5 л

Мо = 1 у5&LО где L< — длительность интервала оптимального анализа.

Следовательно, после операций перемножения чисел в умножителе 15 и извлечения корня пятой степени в блоке 16 в„регистр 17 будет записан код числа Мо, который подается на первый вход блока 18 сравнения.

Одновременно с.этими преобразова,телями от блока 3 синхронизации по, даются тактовые импульсы на тактовые входы квантователя 1 и счетчика 4 выборок. При достижении в счетчике выборок числа импульсов, равного

2 о, срабатывает блок 18 сравнения, с выхода которого импульс поступит на управляющий вход блока 2 вычисления спектра (для вычисления спектра по Йо выборкам), на обнуление счетчика 4 выборок и на счетный вход счетчика 19 секций, установив номер секции.К = 1.

После этого счетчик 4 выборок начинаЕт счет выборок следующей сек.

1049823

Составитель A.Îðëoâ

Редактор О. йрковецкая Техред Т.Маточка Корректор A. Зииокосов

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, У<-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 8410/42

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ции К == 2, а в блоке 2 вычисления спектра производится обработка предыдушей секции выборок.

Аналогично производятся вычисления до К = Ко секциР, го которой вычисляется периодограмма i Кд (M n I .

При зтом в счетчике 19 сформируется импульс переполнения, который является командой "Усреднение периодограмм" для блока 2 вычисления спектра, в котором производится формирова и ие оценки спектра с оптимальными параметрами обработки Мд, Ко и 1.0

Таким образом, полученные на этапе "облучения" оценки параметров алгоритма работы спектроанализатора позволявт осуществить автоматический выбор оптимальной для анализируемого случайного процесса заданной длительности реализации.