Многоканальный цифровой коррелометр

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) сю 6 06 F 15/336

ВСЕ«хакааадр . « ргтедтър14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ х

1 (:

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3444918/18-24 (22) 25.05.82 (46) 15.10.83. Вюл. N 38 (72) В.Д.Анисимов (71) Каучно-техническое объединение

АК .СССР (53) 681. 3 (088. 8) (56) 1. Авторское .свидетельство СССР

М 809199, кл. G 06 F 15/336, 1981.

2. Авторское свидетельство CCCP

И 556450, кл. 6 06 F,15/336, 1977 (прототип). (54) (57) МК0ГОКАКАЛЬКЫй ЦИфРОВОй

КОРРЕЛОИЕТР, состоящий из и каналов по числу процессов, каждый из которгых«:содержит группу блоков умножения, ли." нию задержки из m ячеек по числу то-:. чек корреляционной функции, щ дешифраторов, в коммутаторов и m интеграто-: ров, входы которых соединены с выходами соответствующих коммутаторов своего канала, управляющие входы ко"... .. торых соединены с выходами соответсТ- . I, . вующих.дешифраторов своего канала, входы которых в каждом канале подклю ". чены к соответствующим выходам линйи задержки своего канала, вход которой: объединен с входом группы блоков ум, .": . ножения своего канала и является соответствующим входом коррелометра, а выходы группы блоков умножения соединены с соответствующими информационными входами ш коммутаторов своего канала, выходы m интеграторов всех каналов являются соответствующими выходами коррелометра, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного вычисления оценок автокорреляционных и взаимно корреляционных функций, в каждый канал введены в(п-1) коммутаторов и m(n-1) интеграторов, причем входы m(n-1) интеграторов соединены соответственно Pg с выходами m ï-1j êîììóòàòîðîâ своаго канала, управляющие входы i-x и-1 коммутаторов (гда i=i 2,...,m) в каадом канале объединены и подключены соответственно к выходам i-x дешиф- ф раторов своего канала, одноименные ин формационные входы соответствующих

m(n-1) коммутаторов своего канала объединены и подключены соответственно к выходам группы блока умножения соответствующего канала, выходы в(п-1) интеграторов всех каналов являются соответствующими выходами устройства.

1048483

20

35

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для решения ряда статистических задач систем автоматического управления физи- 5 ки, связи, радиотехники и других областей науки и техники.

Известны цифровые коррелометры параллельно-последовательного действия, которые вычисляют в реальном масштабе времени m ординат автокорреляционной функции (АКФ) или m ординат взаимно корреляционной функции (ВКФ) случайных процессов двух каналов измерений, Известен цифровой коррелометр, в котором с. целью повышения быстродействия (расширения диапазона частот обрабатываемых сигналов) осуществ ляется обработка сигналов с некоррелированной, с частично и сильно коррелированной выборками, 8 состав коррелометра входят и АЦП,,2п регистра сомножителей, 2п блоков элементов И> блок синхронизации, блок вы" бора сомножителей, блок умножения, сумматор произведения, блок памяти. дешифратор, адресный счетчик, элемент 2И-ИЛИ, блок и счетчик задания коррелированности выборки, счетчик адреса входных отсчетов, блок срав-. нения адресов, два коммутатора, блок элементов И и соответствующие связи °

Данный коррелометр позволяет одновременно вычислять see автокорреляционные функции и взаимно корреляционные функции п входных процессов(11..

Однако использование некоррелированных выборок хотя и приводит к увеличению частотного диапазона обрабатываемых процессов, но снижаются точностные параметры измерения.

Кроме того, устройство характеризуется низким быстродействием, так как количество операций умноже.ния определяется количеством ординат корреляционной функции (Кф) и количеством выборок на интервале интегрирования (суммирования), Наиболее близким по технической сущности к предложенному является цифровой коррелометр, содержащий циф-. ровую линию задержки, цифровые блоки умножения, дешифраторы, соединенные входами с соответствующими ячейками цифровой линии, а выходами с управляющими входами коммутаторов, информационные входы которых подключены к выходам блоков умножения, а выходык входам интегратора..Цифровые блоки умножения производят умножение входного числа на все значения другого входного сигнала, т.е. для данного Y одновременно определяются все возможные значения XY Дешифраторы вместе с коммутаторами выбирают из всего множества значений произведения, соответствующие набору значений, хранящихся в данный момеыт в цифровой линии задержки, и подают на входы интеграторов.

Сигнал X, преобразованный, например, аналого-цифровым преобразователем в дискретный сигнал, в параллельном коде подается на цифровую линию задержки. Шаг задержки каждой выходной ячейки линии равен шагу временной дискретизации вычисляемой КФ. С каждой ячейки линии задержанные сигналы подаются на вход соответствующего дешифратора. Таким образом, за время дискретизации параллельно определяется N произведений. Вычисление произведений производится N блоками умножения. После .завершения достаточного количества циклов умножения в интеграторах накапливаются значения оценок ординат КФ. Известный коррелятор за один .такт умножения получает парные произведения для вычисления всех ординат либо АКФ, либо одной из ветвей ВКФ, в зависимости от коммутации внешних входов коррелометра. Таким образом, для одновременного вычисления двух ветвей ВКФ, двух входных процессов и двух АКФ необходимо .четыре известных устройства f2)

Недостатками такой системы являются ее высокая стоимость и сложность обусловленные большим количеством оборудования и.,необходимостью обеспе- . чения синхронностью работы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет одновременного вычисления оценок автокорреляционных и взаимно корреляционных функций.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный цифровой коррелометр, состоящий из р каналов по числу процессов, каждый из которых содержит группу блоков умножения, линию задержки из m ячеек по числу точек корреляционной функции, m дешифраторов, m коммутаторов и m интеграто10484 ров, входы которых соединены с выходами соответствующих коммутаторов своего канала, управляющие входы ,которых соединены с выходами соответствующих дешифраторов своего канала, входы которых в каждом канале подключены к соответствующим выходам линии задержки своего канала, вход которой. объединен с входом группы блоков умножения своего канала и является со-. 10 ответствующим входом коррелометра, а выходы группы блоков умножения соединены с соответствующими информацион" ными входами m коммутаторов своего канала, выходы m интеграторов всех !5 каналов являются соответствующими выходами коррелометра, в каждый ка-нал введены m(n-1) коммутаторов и

m(n-1) интеграторов, причем входы

m(n-1) интеграторов соединены соот- 20 ветственно с выходами m(n 1) коммута" торов своего канала, управляющие входы i х и- коммутаторов (где 1*=1,2, ...,m) в каждом канале объединены и подключены соответственно к выходам 25

i õ дешифраторов своего канала, одно-. . именные информационные входы соот-. ветствующих m(n-1) коммутаторов своего канала объединены и подключены со ответственно к выходам группы блоков щ умножения соответствующего канала, выходы. m(n-1) интеграторов всех каналов являются соответствующими выходами устройства.

На чертеже показана структурная схема многоканального коррелометра.

Коррелометр содержит и каналов по чи=лу процессов, каждый из которых содержит линию 1 задержки из m ячеек : по чиСлу точек .корреляционной функции 40 например, выполненную на основе сдвигающего регистра, группу блоков 2 умножения, каждый из которых производит умножение входного сигнала иа постоянное число, равное одному.из 45 уровней квантования входного сигнала, ю коммутаторов 3 и m интеграторов 4. (выходы коммутаторов 3 соединены с входами соответствующих интеграто- . ров 4), m(n-1) коммутаторов 5, выхо-" 50 ды которых соединены соответственно с входами m(n-1 ) интеграторов 6 своего канала, а управляющие входы i-x и-1 коммутаторов g i-x коммутаторов 3 в каждом канале объединены и подклю- 55 цены к выходам i-x дешифраторов 7. своего канала, входы которых подключены к соответствуют им выходам (ячей- . а3

1 кам) линии 1 задержки. Одноименные информационные входы всех коммутаторов 3 в своем канале объединены и подключены к соответствующим выходам группы блоков 2 умножения своего канала, одноименные информационные входы соответствующих в(п-1) коммутаторов 5 своего канала объединены и подключены соответственно к выходам группы блоков 2 умножения соответствующего канала. Выходы интеграторов 4 и

m(n-1) интеграторов 6 являются соот" ветствующими выходами устройства.

Количество цепей коммутатор-интегратор, подключающихся параллельно в каждом канале к соответствующему дешифратору, определяется общим количеством вычисляемых в канале ветвей Кф. Первые цепи вычисляют одну ветвь АКФ входного сигнала вторые цепи - ветвь ВКФ входных сигналов данного i-го и последующего (1+1)-го каналов, третья цепь - ветвь ВКФ входных каналов сигналов данного

i-го и (i+2)-ãî каналов.

Коррелометр работает следующим образом. !

Каждому. входному сигналу соответствует собственный канал, на вход которого он и поступает в виде параллельного цифрового кода. В линии 1 задержки выборки входного сигнала распределяются по ячейкам, шаг задержки каждой ячейки линии равен шагу дискретизации вычисляемой КФ. С каждой ячейки линии 1 задержки задержанные сигналы поступают на вход соответствующего дешифратора 7. Де" шифраторы 7 управляют подключенными к ним коммутаторами 3 и 5, таким об" разом, что через коммутатор проходит из группы 2 блоков умножения в соответствующий ему интегратор 4 или 6 произведение числа, поступающего на вход дешифратора, и числа поступающего на вход группы блуа 2 умножения.

В каждом канале в интеграторах 4, соединенных через коммутаторы 3 с выходами группы 2 блоков умножения, вход которь1х является входом сигна" ла (X или У, или 2 в зависимости от номера канала), вычисляются оценки ординат одной ветви АКФ входного сигнала (X,Y или 2).Необходимость вычисления второй ветви АКФ отсутствует ввиду их симметричности.

1048483

В в(п-1) интеграторах 6 вычисляются ординаты ветвей ВКФ входного сигнала данного канала с сигналами, поступающими на вход двух других каналов, например для n=3, в первом канале в первых из двух интеграторах 6 всех m интеграторов вычисляются оценки ординат ветви ВКФ входного сигнала Х данного канала с входным сигналом Y второго канала, так как интеграторы 6 через соответствующие им коммутаторы 5 первого канала,соединены с выходами группы блока 2 умножения второго канала.

Таким образом, предлагаемый корре" 1 лометр позволяет параллельно-последо" вательно в реальном масштабе времени вычислять по одной реализации оценки ординат АКФ всех входных сигналов и обе ветви каждых ВКФ входных сигналов. ° 0

Для решения данной задачи известным устройством (прототипом) необходимо объединить в вычислительную сис тему несколько 1,по количеству вычис ляемых ветвей Кф известных устройств. 25

Количество известных устройств L необходимых для полного замещения предлагаемого и канального коррелометра, определяется .суммой вычисляемых АКФ (L, и) и входных сигналов 30 и ветвей ВКФ, определяемых числом размещений из и по 2 (1 2=А и), так

2 как вычисляется по 2 ветви каждой ВКФ

2 2

L=L1+ L2=n + An = n + n(n-1)=n

3S

Как следует из изложенного, в составе такой вычислительной системы, состоящей из и известных устройств, в и /п=п раз больше линий задержек, дешифраторов и блоков умножения, чем 4п в и-канальном предлагаемом устройстве °

Особенно важно сокращение количества

rpynn блоков умножения, как наиболее сложных и громоздких, т.е, эффективность увеличивается с увеличением ко" личества одновременно обрабатываемых сигналов,.например, для трех входных сигналов количество указанных блоков сокращается по сравнению с известным в 3 раза, а для 10 входных сигналов - в 10 раз.

Отсутствие у известных устройств, сочетания высокого быстродействия с возможностью одновременного вычисле" ния АКФ и ВКФ множества входных сиг" налов в реальном масштабе времени приводит к значительным аппаратурным затратам при, решении этих задач на известных устройствах. Так использование коррелометров Ф7016 (базовый объект) приводит к созданию сложной и дорогостоящей вычислительной систе" мы с пониженной точностью измерения.

Использование прототипа не приводит к понижению точностных параметров измерения, но аппаратурные затраты, и, как следствие этого, стоимость такой вычислительной системы, состоящий из п известных устройств, могут намного превосходить аналогичные затраты на предлагаемое и-канальное устройство, Предлагаемое устройство позволяет создавать более простые по конструкции и дешевые по себестоимости много" канальные цифровые коррелометры при использовании одной и той же элементной базы; что и прототип.

Использование каналов, состоящих из однотипных узлов, упрощает задачу построения, многоканального устройства и изменения количества каналов в случае необходимости как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

1048483

II

Составитель А.Иванова

Техред Т.Маточка Корректор M.Äåè÷èê

Редактор М.Бандура

Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ю

Заказ 7934/55

«4 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул; Проектная, 4