Ю. М. Коршунов, А. И. Бобиков, И. А. Вакарин, В. Н. Степаненко, А. И. Степашкин. Расчет и проектирование цифровых сглаживающих и преобразующих устройств

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СГЛАЖИВАЮЩИХ И ПРЕОБРАЗУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Под редакцией Ю. М. КОРШУНОВА

«ЭНЕРГИЯ- МОСКВА 1976

6Ф7.3 Р24

УДК 681.32.001.2

Авт.: Ю. М. Коршунов, А. И. Бобиков, И. А. Вакарин, В. Н. Степаненко, А. И. Степашкин.

Расчет и проектирование цифровых сглаживающих и преобразующих устройств. Под ред. Ю. М. Коршунова. М., «Энергия», 1976. - 336 с. с ил.

На обороте тит. л. авт.: Ю. М. Коршунов, А. И. Бобиков, И. А. Вакарин и др.

В книге излагаются методы проектирования и анализа специализиро­ванных ЦВУ осуществляющих операции сглаживания и преобразования дискретных сигналов, искаженных помехами.

Рассмотрены вопросы применения линейных нелинейных и адаптивных алгоритмов обработки дискретной информации. Уделено внимание вопросам применения цифровых сглаживающих устройств для текущего анализа спектральных характеристик случайных сигналов.

Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области автоматики и вычислительной техники.

Содержание книги Расчет и проектирование цифровых сглаживающих и преобразующих устройств

Предисловие

Глава первая. Теоретические основы анализа цифровых сглаживающих и преобразующих систем
1-1. Общая структура и основные особенности цифровых сглаживающих и преобразующих систем
1-2. Математический аппарат для описания цифровых систем
а) Решетчатые функции и z-преобразование
б) Смещенные решетчатые функции и модифицированное z-преобразование
1-3. Математическое описание элементов цифровых систем
1-4. Передаточные функции разомкнутых и замкнутых цифровых систем
1-5. Анализ переходных процессов в цифровых системах
Д-6. Анализ установившегося режима в цифровых системах

Глава вторая. Точность работы цифровых сглаживающих и преобразующих систем
2-1. Эквивалентная схема образования ошибки цифровых систем
2-2. Динамическая ошибка преобразования
2-3. Случайная ошибка преобразования
2-4. Численный расчет ошибок, вызванных квантованием по уровню
2-5. Определение максимально возможной ошибки, вызванной квантованием по уровню
2-6. Оценка вероятности появления больших ошибок квантования по уровню

Глава третья. Преобразование функций, заданных цифровым кодом, в аналоговую форму
3-1. Представление преобразующей системы в виде последовательного соединения блока прогноза и линейного интерполятора
3-2. Выбор оптимальной структуры преобразующей системы и величины периода квантования из условий требуемой точности преобразования
а) Воспроизводящая система
б) Дифференцирующая система
в) Интегрирующая система
3-3. Определение структуры цифровой системы, дающей минимум ошибки квантования по уровню
3-4. Практические схемы реализации линейного интерполятора
а) Линейный интерполятор с использованием двигателя постоянного тока
6) Линейный интерполятор с использованием шагового двигателя

Глава четвертая. Статистически оптимальные цифровые преобразующие системы и фильтры
4-1. Постановка задачи
4-2. Определение характеристик оптимальных цифровых систем с конечной памятью по методу наименьших квадратов
4-3. Применение ортогональных полипомов для определения характеристик систем ОЦС в явном виде
а) Весовая функция системы ОЦС
б) Динамическая ошибка системы ОЦС
в) Коэффициент сглаживания и передаточная функция системы ОЦС
4-4. Реализация оптимальных преобразующих систем
а) Реализация оптимальной воспроизводящей системы
б) Реализация оптимальной дифференцирующей системы
4-5. Реализация оптимальных цифровых преобразующих фильтров
4-6. Нахождение структуры оптимальных фильтров по минимуму среднеквадратичной ошибки
4-7. Определение структуры оптимальных фильтров при учете случайного характера коэффициентов аппроксимирующего полинома
а) Сглаживание по N+1 дискретным значениям
б) Определение дисперсии ошибки сглаживающего фильтра
в) Оптимальный прогноз при линейно меняющемся сигнале
г) Оптимальный способ вычисления производной при линейно меняющемся сигнале

Глава пятая. Квазиоптимальные цифровые преобразующие системы и фильтры с бесконечной памятью
5-1. Постановка задачи
5-2. Аппроксимация весовой функции оптимального устройства
5-3. Характеристики систем ЦСБ
5-4. Реализация систем ЦСБ и фильтров ЦФБ
а) Реализация воспроизводящей системы ЦСБ
б) Реализация фильтров ЦФБ
5-5. Последовательное соединение фильтров с конечной и бесконечной длительностью переходного процесса
5-6. Аппроксимация передаточной функции оптимального устройства
а) Аппроксимация функции
б) Характеристики квазиоптимальных преобразующих систем
в) Реализация квазиоптимальной системы
6-7. Квазиоптимальные цифровые преобразующие системы с плавным выходом

Глава шестая. Цифровая фильтрация случайных последовательностей с пропусками
6-1. Особеннности задачи фильтрации случайных последовательностей с пропусками
6-2. Структура и характеристики оптимальных цифровых фильтров с постоянным объемом памяти
6-3. Структура и характеристики оптимальных цифровых фильтров с постоянным интервалом наблюдения
6-4. Структура и характеристики субоптимальных цифровых фильтров с постоянным объемом памяти
6-5. Структура и характеристики субоптимальных цифровых фильтров с постоянным интервалом наблюдения
6-6. Структура и характеристики цифровых фильтров с постоянным эффективным объемом памяти
6-7. Структура и характеристики цифровых фильтров с постоянным эффективным интервалом наблюдения
6-8. Характеристики цифровых фильтров, оптимальных в условиях периодического поступления входных данных

Глава седьмая. Адаптивные цифровые сглаживающие и преобразующие фильтры
7-1. Постановка задачи
7-2. Адаптивные цифровые сглаживающие и преобразующие фильтры с автоматическим выбором порядка астатизма
7-3. Адаптивные цифровые сглаживающие и преобразующие фильтры с автоматической оптимизацией параметров
7-4. Пример построения адаптивного цифрового сглаживающего фильтра

Глава восьмая. Цифровые спектральные анализаторы
8-1. Спектральное представление сигналов
8-2. Аппаратурный анализ спектра с помощью специализированных ЦВУ
8-3. Проектирование цифровых генераторов синусоидальных сигналов
8-4. Синтез цифровых узкополосных фильтров для спектральных анализаторов
8-5. Многополюсные цифровые фильтры
8-6. Быстрое преобразование Фурье
8-7. Распространение процедуры быстрого преобразования Фурье на текущий гармонический анализ

Приложение. Определение общего выражения для дробно-рациональной функции, предназначенной для аппроксимации функции
Приложение. К задаче фильтрации случайных последовательностей с независимыми пропусками отдельных наблюдений
Приложение. Алгоритмы работы цифровых преобразу¬ющих фильтров и их описание на языке АЛГОЛ-60
Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

При решении задач, связанных с проблемами управ­ления, распознавания образов, автоматической обработ­ки информации весьма часто встречаются случаи, когда используемый сигнал, искаженный помехой, должен быть передан по каналу связи и подвергнут некоторому линей­ному преобразованию с одновременным сглаживанием помехи. Достаточно эффективно эти операции могут быть осуществлены при представлении сигнала в цифровой форме. Если результат преобразования носит дискрет­ный характер, то устройство, осуществляющее требуемое преобразование, представляет собой специализированное цифровое вычислительное устройство.

Принципы построения подобных устройств были заложены в конце 50-х годов и освещены в книгах В. П. Перова, Я. 3. Цыпкина, Л. Т. Кузина, П. Д. Крутько. Эти же вопросы рассматривались в книге авторов [Л. 1].

Однако многочисленные исследования, проведенные за последние годы, значительно расширили возможности применения и улучшения свойств цифровых сглаживаю­щих и преобразующих устройств.

Применение адаптивных и нелинейных алгоритмов обработки дискретной информации, более полный учет статистических свойств сигнала и помехи, в частности учет возможности потери отдельных наблюдений, согла­сование структур алгоритмов обработки информации со структурой проектируемого устройства относятся к тем новым методам, которые позволяют повысить качество преобразования сигналов, искаженных помехами, и в ря­де случаев снизить аппаратурные затраты.

Применение цифровых сглаживающих устройств для текущего анализа спектральных характеристик случай­ных сигналов обеспечивает создание цифровых спек­тральных анализаторов, обладающих высокой разрешаю­щей способностью и малыми габаритами.

При проектировании подобных устройств возникает много вопросов, связанных с выбором эффективных алгоритмов преобразования для различных конкретных случаев, разрядности используемых кодов, величины периода квантования и способа технической реализации устройства.

Хотя имеется большое число журнальных статей, посвященных отдельным из перечисленных задач, система­тическое изложение этих вопросов отсутствует как в оте­чественной, так и в иностранной литературе. Настоящая книга ставит своей целью восполнить имеющийся пробел и дать приведенное в систему изложение методов проек­тирования и анализа специализированных цифровых вы­числительных устройств (ЦВУ), осуществляющих опера­ции сглаживания и преобразования дискретных сигна­лов, искаженных помехами.

Главы 1—3, § 4-1, 4-6 и 4-7, приложение 1 написаны Ю. М. Коршуновым, гл. 5, § 4-2—4-5, приложения 2 и 3 — А. И. Бобиковым, гл. 6 и приложение 4 — В. Н. Степаненко, гл. 7 — И. А. Вакариным, гл. 8 — А. И. Степашкиным.

Авторы

Скачать книгу Ю. М. Коршунов, А. И. Бобиков, И. А. Вакарин, В. Н. Степаненко, А. И. Степашкин. Расчет и проектирование цифровых сглаживающих и преобразующих устройств. Москва, Издательство «Энергия», 1976