Устройство для определения модуля междупериодного коэффициента корреляции

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ МЕЖДУПЕРИОДНОГО КОЭФФИЦИЕНТА КОРРЕЛЯЦИИ, содержащее линию задержки , сумматор, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, а также два квадратурных канала, каждый из которых содержит квадратор, фазовращатель , первый блок вычитания, выход которого через квадратичный детектор соединен с входом накопителя, причем входы фазовращателей обоих квадратурньсх каналов объединены и соединены с входом линии задержки, выход которой соединен с первыми входами первых блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам фазовращателей своих квадратурных каналов, выходы квадраторов обоих квадратурных каналов соединены с соответствующими входами сумматора , отличающееся тем, что, с целью упрощения, н него введены полосовой ограничитель, источник постоянного напряжения, а в каждый квадратурный канал - аттенюатор и последовательно соединенные второй ё блок вычитания и функциональный преобразователь , выход которого соеди (Л нен с входом квадратора, причем вход линии задержки объединен с, входом фазовращателей и подключен к вькоду полосового ограничителя, вход которого является входом устройства, выход накопителя каждого квадратурного канала через аттенюатор соединен с первым входом второго блока вычитания своего квадратурного канала , вторые входы вторых блоков вычитания обоих квадратурных каналов объединены и подключены к выходу источника постоянного напряжения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1

2 5 А

3(Я) G 06 G 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3523254/18-24 (22) 20.12.82 (46) 30.03.84. Бюл. Р 12 (72) П.Е. Баранов и А.С. Муранов (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 621.3(088.8) (56) 1. Кендал tj, Стюарт А. Статистические выводы и связи. M., Наука", 1973, с. 95.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 628449, кл. G 01 S 7/30, G 06 G 7/52, 1978 (прототип).

3. Левин Б.P. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. I.

М., "Советское радио", 1974, с. 130. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МОДУЛЯ МЕЖДУПЕРИОДНОГО КОЭФФИЦИЕНТА . КОРРЕЛЯЦИИ, содержащее линию задержки, сумматор, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, а также два квадратурных канала, каждый из которых содержит квадратор, фазовращатель, первый блок вычитания, выход которого через квадратичный детектор соединен с входом накопителя, причем входы фазовращателей обоих квадратурных каналов объединены и соединены с входом линии задержки, выход которой. соединен с первыми входами первых блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам фазовращателей своих квадратурных каналов, выходы квадраторов обоих квадратурных каналов соединены с соответствующими входами сумматора, отличающееся тем, что, с целью упрощения, в него введены полосовой ограничитель, источник постоянного напряжения, а в каждый квадратурный канал — аттенюатор и последовательно соединенные второй блок вычитания и функциональный преобразователь, выход которого соединен с входом квадратора, причем вход линии задержки объединен с. входом фазовращателей и подключен к выходу полосового ограничителя, вход кото1 рого является входом устройства, выход накопителя каждого квадратурного канала через аттенюатор соединен с первым входом второго блока вычитания своего квадратурного канала, вторые входы вторых блоков вычитания обоих квадратурных каналов объединены и подключены к выходу источника постоянного напряжения.

1083205 2

30

Изобретение относ. тся к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов, и может быть использовано, например, в радиолокации.

Известен измеритель междупериоцного коэффициента корреляции пассивных помех, реализующий максимально правдоподобную оценку для нормальных случайных процессов и содержащий линию задержки на период повторения зондирующих импульсов, фазовращатель для реализации комплексно-сопряженных величин, радиочастотные перемножители и фильтры, выделяющие спектр околоразностной частоты, формирующие значения х *, у и х„,у *

t 1 (где х,у — выборочные значения помехи в первом и втором периодах зондирования, х;*, у; * — комплексно-сопряженные величины), квадратичные детекторы для реализации величии, х и у, ; накопители, видеочастотные умножители, схему деления и схему извлечения квадратного корня 1) и f2).

Преим:ществом данного устройства является низкая потенциальная ошибка измерения. Однако на практике часто используются широкополосные сигналы.

Кроме того, динамический диапазон входного процесса в ряде случаев бывает достаточно большим (б0 Б и более), что затрудняет техническую реализацию схем перемножения и деления,а также блоков нелинейного преобразования,Аппаратурная ошибка измерений при этом может оказаться достаточно высокой. Таким образом, преимущество указанного устройства может быть в значительной степени ослаблено.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения модуля междупериодного коэффициента корреляции, содержащее две радиочастотные схемы череспериодной компенсации (ЧПК) с общей линией задержки, включающие каждая фазовращатель и схему вычитания, два измерителя мощности нескомпенсированных остатков на выходах ЧПК, а также измеритель мощности помехи на входе линии задержки, состоящий из последовательно включенных квадратичного детектора и накопителя, первый сумматор

50 и третью схему вычитания, подключен ные параллельно к выходам измерителей мощности нескомпенсированных остатков, второй сумматор, связанный своими входами через квадраторы с выходами третьей и четвертой схем вычитания, а выходом через схему извлечения квадратного корня с входом схемы деления. Первый вход четвертой схемы вычитания связан с выходом первого сумматора. Второй вход четвертой схемы вычитания через усилитель с коэффициентом усиления К=4, а также второй вход схемы деления через усилитель с коэффициентом усиления К=2 связаны с выходом измерителя мощности помехи на входе линии задержки (3j .

Недостатком известного устройства является сложность технической реалиэацйи, связанная с наличием схемы деления, квадратичных детекторов, квадраторов и схемы извлечения квадратного корня, реализация которых затруднительна при широком динамическом диапазоне входного процесса.

Цель изобретения — упрощение устройства, позволяющее производить эффективное измерение коэффициента корреляции при широком динамическом диапазоне входного процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения модуля междупериодного коэффициента корреляции, содержащее линию задержки, сумматор, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, а также два квадратурных канала, каждый из которых содержит квадратор, фазовращатель, первый блок вычитания, выход которого через квадратичный детектор соединен с входом накопителя, причем входы фазовращателя обоих квадратурных каналов объединены и соединены с входом линии задержки, выход которой соединен с первыми входами первых блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам фазовращателей своих квадратурных каналов„ выходы квад— раторов обоих квадратурных каналов соединены с соответствующими входами сумматора, введены полосовой ограничитель, источник постоянного напряжения, а в каждый квадратурный канал — аттенюатор и последовательно соединенные второй блок вычита083205 4 несущей частоты. Таким образом, выходной процесс имеет единичную мощность. Информация о коэффициенте корреляции сохраняется в разности фаз радиочастотных колебаний. Далее процесс через фазовращатели 3 и линию 2 задержки поступает на соответствующие входы первых блоков 4 вычитания квадратурных каналов, при10 чем фазовращатели дают повороты фаз соответственно Ч) = 0 и (g = . .За1 2 тем с помощью последовательно включенных квадратичного детектора 5, накопителя 6 и аттенюатора 7 измеряются мощности остатков вычитания в каждом канале. При этом коэффициент передачи аттенюатора равен

1/2п, где п — количество элементов выборки, суммируемых в накопителе.

Сигналы на выходах аттенюаторов 7 первого и второго квадратурных каналов соответственно могут быть легко представлены в виде

1 и

S = 1 — — + cos((f . -();

П 1=1 Ч1

S, = 1 — — r.i(„;-q„), (1)

1=1

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 амплитудная характеристика функционального преобразователя. 20

Устройство (фиг. 1) содержит полосовой ограничитель 1, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входами линии 2 задержки и фазовращателей 3 квадра- 25 турных каналов. Каждый квадратурный канал содержит последовательно сое- диненные первый блок 4 вычитания, квадратичный детектор 5, накопитель

6, аттенюатор 7, а также последовательно соединенные второй блок 8 вычитания, функциональный преобразователь 9 и квадратор 10. Выходы квадраторов 10 соединены с соответствующими входами сумматора 11, вы35 ход которого соединен с входом бло- ка 12 извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства. Первые входы первых блоков 4 вычитания объединены и подклю40 чены к выходу линии 2 задержки, а второй вход каждого первого блока 4 вычитания подключен к выходу фазовращателя 3 своего квадратурного канала. Первый вход второго блока

8 вычитания каждого квадратурного канала подключен к выходу аттенюатора 7 своего канала, а вторые входы вторых блоков 8 вычитания обоих каналов объединены и подключены к

50 источнику 13 постоянного напряжения. (2) Легко видеть, что слагаемые, входящие в суммы (2), имеют распределение косинуса разности фаз. Тогда среднее л л

55 значение оценок R и К определяетс ся выражением

Э 1 ния и функциональный преобразователь, выход которого соединен с входом квадратора, причем вход линии задержки объединен с входами фазовращателей и подключен к выходу полосового ограничителя, вход которого является входом устройства, выход накопителя каждого квадратурного канала через аттенюатор соединен с первым входом второго блока вычитания своего квадратурного канала, вторые входы вторых блоков вычитания обоих квадратурных каналов объединены и подключены к выхо— ду источника постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Входной радиочастотный процесс поступает на полосовой ограничитель 1, в котором осуществляется жесткое ограничение амплитуды с последующим выделением спектра окологде ч)„. и — соответственно фазы х элементов входной выборки в первом и во втором периодах следования.

Сигналы $1 и S поступают на первые входы (например отрицательные) вторых блоков 8 вычитания, на другие (положительные) входы которых подается опорное единичное напряжение от источника 13 постоянного напряжения, На выходах блоков .8 соответственно первого и второго квадратурных каналов формируются оценки ортогональных составляющих комплексного коэффициента корреляции

Л 1 )1

Кс Т соз((ЧЧ )9

П 11 л

R+ —,. si(q„. -g ) .

1 1

2Ь» Я 3 (Rjj = (! R )Е Г() (3) .0 $,($+1)! 7, 10832

5 где R=i Rl cos Q для RC и R = К sing дляЪ, )R) и Ц истинные значения модуля и фазы комплексного коэффициента корреляции;

à — гамма-функция.

Расчеты, проведенные по формуле (3), показывают, что оценки ортогональных составляющих коэффициента корреляции являются смещенными. Для того, чтобы скомпенсировать смещение оценок, сигналы с выходов блоков 8 вычитания поступают на функциональные преобразователи 9, амплитулная характеристика которых представлена на фиг. 2. Как видим, функциональный 15 преобразователь при входных напряжениях 0...0,5 имеет постоянный коэффициент передачи, равный 1,2, а при напряжении 0,5... 1 этот коэффициент плавно снижается до 1. Техни- 20 ческая реализация такой нелинейности не вызывает затруднений. На выходах функциональных преобразователей 9 квадратурньтх каналов формируются несмещенные оценки ортогональных 25 составляющих комплексного коэффициента корреляции. Далее сигналы поступают на квадраторы 10, затем суммируются в сумматоре 11, а результат суммирования поступает на блок 12 извлечения квадратного корня, на выходе которого формируется оценка модуля междупериодного коэффициента корреляции, причем единичное напряжение соответствует коэффициенту корреляции равному единице.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от известного, когда на их входы поступают процессы с большим динамическим диапазоном. Основной 40

05 причиной упрощения технической реализации предлагаемого устройства является использование его на входе полосового ограничения. Благодаря этому обеспечивается нормировка сигналов, подводимых к квадратичным детекторам 5, функциональным преобразователям 9, квадраторам 10, блоку

12 извлечения квадратного корня и, следовательно, существенно упрощается техническая реализация нелинейности указанных блоков.

С целью проверки эффективности предлагаемого устройства проведено его статистическое моделирование на

ЗЦВМ. Полученные результаты показывают, что среднеквадратические отклонения оценок коэффициента корреляции в пределах R = 0...0,9 для предлагаемого и известного устройств практически совпадают. Однако при коэффициенте корреляции R ) 0,9 эффективность предлагаемого устройства несколько снижается. Так, например, при R = 0,95 проигрыш в среднеквадратическом отклонении составляет около двух раз. Между тем абсолютная величина среднеквадратического отклонения при таком коэффициенте и при и > 10 составляет величину порядка 1Х. Техническая реализация известного устройства в данном случае при динамическом диапазоне входного процесса более 60 дБ весьма затруднительна.

Таким образом, использование изобретения обеспечивает упрощение технической реализации предлагаемого устройства без существенного снижения его эффективности.

1083205

1083205 abc.

0,8

0,4. О,б

Фиг.2 .

Составитель А. Иванова

Редактор М. Рачкулинец Техред А.Бабинец Корректор Г. Огар

Заказ 1756/44 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4