Корреляционное устройство для определения запаздывания случайного сигнала

 

КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащеедва блока фильтров, каждый из которых содержит интегросумматор, первый вход которого является входом блока, и последовательно соединенные интегратор и элемент НЕ, выход которого . подцслючен к второму входу интегросумматора и является первый выходом блока, вход интегратора объединен с третьим входом интегросумматора и является вторым выходом блока, входы первого и второго блоков 4 ильтров являются соответственно первым и вторьм информа1щонш и входами устройства, сумматор, первый и второй блоки вычитания, регистратор, состоящий из последовательно соединенных блока деления и блока индикации , выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введены усилитель-ограничитель , первый, второй и третий элементы И, триггер, первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, причем первые входы первого и второе го блоков фильтров соединены соответственно с неинвертирова.нньвли входси и первого и второго блоков вычитания, инвертирующие входы которых объединены с первьвл и вторым входами сумматора соответственно и подключены к вторым выходам первого и второго блоков фильтров соответственно, выход первого блока вычитания через усилитель-ограни (Л читель соединен с информационными входами первого и второго элементов И, управляющие входы первого и второго элементов И являются входами сигналов пуска и останова устрой ства соответственно, а выходы соединены соответственно с единичньвл и нулевьм входс1ми триггера, единичный выход которого соединен с упда равляющим входом третьего элемен1чЭ to та И, выход которого соединен с управлякицими входами первого и второго ключей, информационные входы которых подключены к выходам второго блока вычитания и сумматора соответК4 ственно, а выходы через первый и второй интеграторы соответственно «(эдключены к соответствующим входам блока деления регистратора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19). (И)

3(51) 6 06 С 7 19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, : .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H ABTGPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3442877/18-24 (22) 28.05.82 (46) 23 12 83 Вюл. Р 47 (72) 10,А.Тимошенков, В.В.Фоминов, Л.Н.Рубцов и Г.Л.Лукьянов (71) Таджикский политехнический институт (53) 681 ° 3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2583570/24, кл. G 06 G 7/19, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 623209 кл» G 06 G 7/19, 1976 (прототип) (54) (57) КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ СЛУ. ЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее два блока фильтров, каждый из которых содержит кнтегросувматор, первый вход которого является входом блока

t и последовательно соедйненные интегратор и элемент НЕ, выход которого .пЮР лючеи. к второму входу интегросумматора и является первьии выходом блока, вход интегратора объедкнен с третьим входом кнтегросумматора и является вторяк выходом блока, входы первого к второго блоков фильтров являются соответственно первым и вторьв(информационными входами устройства, сумматор, первый и второй блоки вычитания, регистратор, состоящий кз последовательно соединенных блока деления к блока индикации, выход RoToporo является выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введены усилитель-ограничитель, первый, второй и третий элементы И, триггер, первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, причем первые входы первого и второ го блоков фильтров соединены соответственно с неннверткрованньвюи входами первого и второго блоков вычитания, инвертирующие входы которых объединены с первьва и вторьв(входами сумматора соответственно и подключены к вторым выходам первого и второго блоков фильтров соответственно, выход первого блока вычитания через усилитель-ограничитель соединен с информационныии входами первого и второго элементов И, управляющие входы первого и второго элементов И являются входами сигналов пуска и останова устрой ства соответственно, а выходы соединены соответственно с единичньак к нулевым входами триггера, единичный выход которого соединен с управляющим входом третьего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, информационные входы которых подключены к выходам второго блока вычитания и сумматора соответственно, а выходы через первый и второй интеграторы соответственно .одключены к соответствующим входам блока деления регистратора.

1062727

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенньм для измерения запаздывания во времени случайного сигнала, и может быть использовано при определении парамет - 5 ров дрейфа ионосферных неоднородностей в реальном времени для оцен. ки знака н величины запаздывания прохождения фединга между двумя антеннами, обнаружения сигналов на фоне помех, в радиодальнометрин, в измерительной технике при экспериментальном исследовании случайных сигналов °

Известно устройство для опреде- 15 ления постоянной времени нелинейных инерционных объектов, содержащее генератор симметричного сигнала,два идентичных блока формирования коэффициентов, пропорциональных первым и вторым производным исследуемых сигналов, три инвертора, четыре управляемых ключа, два интегросумматора, формирователь управляющего сигнала, два интегросумматора, регистри 5 рующее устройство, причем выходы первого и второго ключей соединены с соответствующими входами первого интегросумматора, выходы третьего и четвертого ключей — с соответствующими входами второго интегросумматора, входы второго и четвертого ключа — с выходом первого и второго инвертора соответственно, а выход третьего инвертора — с управляющими входами первого и третьего ключей111. З5

Недостаток этого устройства — детерминированность входного сигнала (пробный сигнал специальной формы), при этом оно не может использоваться при исследовании случаных сигна- 40 лов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является корреляционное устройство для определения запаздывания случайного сиг-. 45 нала, содержащее четыре фильтра нижних частот (ФНЧ), вход первого из которых является первым входом устройства, а выход соединен с входом второго ФНЧф вход тре3ьего ФНЧ 50 является вторым входом устройства, а выход подключен к входу четвертого ФНЧ, сумматор, два блока вычитания, выход первого блока вычитания соединен с первым входбм блока умножения, выход которого через последовательно соединенные блок усреднения и блок управления подключен к управляющему входу линейного преобразователя, выход которого подключен к инвертирующему входу 60 первого блока вычитания, неинвертирующий вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, при- . чем s устройстве. введен масштабный инвертор, вход которого подключен 65 к второму входу устройства, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого. объединен с инвертирующим входом второго блока вычитания и подключен к выходу треть его ФНЧ, неннвертирующий вход первого .блока вычитания соединен с выходом:четвертого ФНЧ,. выход сумматора подключен к входу лийейного преобразователя, а выход второго ФНЧ— к второму входу блока умножения 2).

Недостатками устройства являются невозможность оценки знака задержки случайного сигнала, что ограничивает применение его для оценки направления.н скорости дрейфа ионосферы методом радиолокации в реальном масштабе времени и сложность технической реализации канала измерения, обусловленная последовательным соединением блока умножения и линейного преобразователя с блоком управления, так как высокая точность измерения достигается обеспечением прецизионности этих блоков. Ограничение точности связано также с необходимостью предварительного дифференцирования случайных сигналов, что ухудшает помехоустойчивость.

Целью изобретения является повы-. шение точности и помехоустойчивости измерения запаздывания случайного сигнала. указанная цель достигается тем, что в корреляционное устройство для определения запаздывания случайного сигнала, содержащее.два блока фильтров, каждий ss которых содержит интегросумаатор, первый вход которого является входом блока, и последовательно соединенные интегратор -и элемент НЕ, выход которого подключен к вторсну входу интегросумматора и является первьюе выходом блока, вход интегратора объединен с третьим входом интегросумматора и является вторым выходом блока, входы первого и второго блоков фильтров являются соответственно первым и вторым информационныяи входами устройства, сумматор, первый и второй блоки вычитания, регистратор, состоящий иэ последовательно соединенных блока деления и блока индикации, выход которого являетвя выходом устройства, введены усилитель-ограничитель, первый, второй итретий элементы И,триггер, первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, причем первые выходы первого и второго блоков фильтров соединены соответственно с неинвертированныни входами первого и второго блоков вычитания, инвертирующие входы которых объединены с первым и вторым входами сумматора соответственно и подключены к вторыя выходам первого

1062727

Регистратор 18 содержит последова тельно соединенные блок 19 деления и блок 20 индикации (вольтметр) вы ход которого является выходом уст.ройства. Выходы ключей 14 и 15 через интеграторы 16 и 17 подключены к первому и второму входам блока 19 деления.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

10 На вход первого блока 1 фильтров поступает случайный сигнал x(t),íà вход второго блока 2 фильтров — случайный сигнал y(t). С достаточной для инженерной практики точностью

15 оператор запаздывания можно аппрок симировать рядом Паде второго порядка что соответствует линейному диф-. ферейциальному уравнению и второго блоков фильтров соответственно, выход первого блока вычитания через. усилитель-ограничитель соединен с информационными входами первого", второго и третьего. элементов Й, управляющие входы первого и второго элементов И являются входами сигналов пуска и останова устройства соответственно, а выходы соединены с единичньм и нулевым входами триггера соответственно, единичный выход .которого соединен с управляющим входом третьего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами. первого и второго ключей, информационные .входы ко- . торых подключены к выходам второго блока вычитания и сумматора соответственно, а выходы через первый и вто. рой интеграторы соответственно подключены к соответствующим входам блока деления регистратора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройствау на фиг. 2 — времен- ные диаграмьы работы устройства.

Устройство содержит два блока 1 и 2 фильтров< Каждмй из котоРых со» держит интегросу ееатор 3, интегратор 4, элемент HE 5, первый вход интегросумматора 3 является aepsaee входом блока, а выход интегросумма. тора 3 соединен с его вторым входом и через последовательно соединенные интегратор Я s элемент HE 5 подключен к его тертьему входу, третий вход и выход интегросуюеатора 3 являются соответственно первыю и вторьм выходами блока.

ВходЫ первого и второго блоков 1 и 2 фильтров являются соответственно первьэю и вторим информационными входами устройства, первые выходю первого и второго блоков 1 и 2 фильт- ров соединены соответственно с неинвертированива входами первого и второго блоков 6 и 7 вычитания, инвертирующие входы которых объедийены с первюе и втоуьм входами сумматора 8 соответственно и подключены к выходам первого и второго блоков 1 и 2 фильтров. Блок 6 вычитания через усилитель-ограничитель 9 соединен с информационными входами первого, второго и третьего элементов И 10—

12. Выходы элементов И 10 и ll соединены соответственно с единичньм и нулевьв входом триггера 13, единичный выход которого подключен к управляющему входу элемента И 12.

Управляющие входЫ элементов И 10 и

11 являются входами пуска н останова устройства соответственно. Выход элемента И 12 подключен к управляющим входам ключей 14 и 15, информационные входы которых подключены к выходам сумматора 8 и блока 7 вычитанию соответственно. Устройство содержит также интеграторы 16 и 17

Ю 2 a ó а 1 д х „ ax б 6 à — +(2W(t)=t -btü — +12 x(t), (1)

dt2 Ж at2 . at где à — неизвестный параметр, харакб теризующнй .знак и величину

25 запаздывания)

x(t) 4 и .У(t) - контролируемюе случайные сигнала °

Обрабатывая сигнал x(t) и y(t) оператором скользящей модулнрующей функции, например, в виде. фильтра

Пуассона (блоки фильтров 1 и 2 выполнены в виде последовательно соединеннык интеграторов с промежуточнваав обратныаи связями), можно

З5 непре1:нвио формировать сигналы U; (t)

s С,. (t) которве пропорциональны коэффициентам квадратного алгебраз ического уравнения, в котором неизвестным является запаздывание T.

46 AC S(t) -U3 (t) ) +6т(С 2(t) +U (t) ) =

12(П ()-С ()) g (2) ,ф . 30,. причем — г =О. (i=1 2 )

45 1б1 3t +1

Введем, .обозначения

23(t) C (t) П (t)

3 3

22 (t) =С2 (t) +U2 (t)

50 Б 1(t) Ц1(й) С1(t)

Переменная 2 (t) непрерывно формируется иа выходе сумматора 8, а

Z

55 ности, используя способ повторной модуляции, умножим коэффициенты уравнения (2) на сигнал

sign fZ, (t)g еО и проинтегрируем на интервале от до t2, причем в эти моменты времени Е"<(t)=0 или проходит через ноль.

Сигнал 2 2() =C (t)-U (t) непрерыв%

2 2 но формируется на выходе первого бло -.

65 ка 6 вычитания.

1062727

35 о

f4) 2 (tlsfgn(22(tl) сН

На временной диаграмме (фиг. 2) покаэано, что на интервале Т на интеграторах 16 и 17 накопилась информация двух информативных подинтервалов (tz- .t ) и (t>- .С, ), на .каж40

Т ак как .. 32" (t), то .Ф2 2> Ц- 34

2 (tlsn2n(z> (t()gtss

t„

Поэтому нет необходимости формировать 2 (t), что упрощает техйическую реализацию устройства.

Кроме того, квадратное алгебраическое уравнение (2) относительно f0 неизвестного запаздывания Гв момент времени ty, как показано на временной диаграмме сигналов (фиг.2),упрощается до уравнения с одним неизвестным . Знак и величину запаздьи вания можно определить в момент вре( мени t по формуле

tg

2 Z„(t)signf2 (ФЦсК

t1

20 . (3}

ZZ(tlst2n(Z (t()sZt с„ 25

Точность оценки Тможно определить, если статистически накапливать информацию на интеграторах 16 и 17, замыкая ключи 14 и 15, когда сигнал на выходе усилителя-ограничителя 9 равен

I ign (2 (й) ) =+ 1 . Тогда т

2 Z„(tls

Ф.;

Сигнал 2"() с выхода первого блока 6 вычйтания поступает на усилитель-ограничитель 9. Выход усилителя-ограничителя 9 через элементы

И 10 — 12 и триггер 13 управляет ключами 14 и 15. Причем запуск осуществляется в момент времени t когда сигнал на выходе усилителяограничителя 9 sign(2+())=+1. Интеграторы 16 н 17, находящиеся первоначально в исходном состоянии, после замыкания ключей 14 и 15 интегрируют сигналы 2„(t) и 2> (t) до момента времени 2,когда сигналы

2 (t) изменяют знак на отрицатель.2 ный sign j3 g(t)) =0 z что контролирует третий элемент Й 12. Интервал статистического накопления информации относительно неизвестного параметра

7+в соответствии с уравнениями (3) определяется внешними сигналами Пуск и Стоп, которые поступают на управляющие входы элементов И 10 и ll. Триггер 13 срабатывает, когда сигнал на выходе усилителя-ограничителя 9 нулевой. Сигналы с выходов интеграторов 16 и 17 коммутируются на блок 19 деления, и на выходе вольтметра 20 считывается знак и величина запаздывания случайного сигнала. Точность измерения повьапается как за счет упрощения конструкции (в каналах статистического накопления информации о запаздывании, линейные блоки типовые, например, интеграторы, сумматоры блоки вычитания),так и соответСтвующим выбором интервала измерения, ко торый может быть адаптивный, что улучшает помехоустойчивость

1062727

Фиг. 2

Составитель A.Èâàíîâà

Редактор Н.Лазаренко Техред И,надь Корректор М.Шароши

Заказ . 10220/5 f....Òèðàà 70б Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал IIGH Патент, г. Узтород, ул. Проектная, 4