Многофункциональный цифровой коррелометр

 

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй регистры выборки, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, блок умножения, сумматор , блок памяти, первый и второй регистры числа, блок индикации, регистр команд, преобразователь позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, блок приоритета, блок управления , содержащий триггер, генератор тактовых импульсов, таймер, формирователь импульсов пуска, распределитель импульсов, узел формирования команд, группу переключателей, первый выход которой через триггер подключен к первому входу таймера, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход таймера объединен с первыми входами распределителя импульсов и узла формирования команд, первый выход таймера соединен с вторым входом распределителя импульсов, а второй выход - с ij первым входом формирователя импульсов пуска, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом узла формирования команд, причем выход формирователя импульсов пуска блока управления соединен с управляЮ1ЦИМИ входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым информационньми входами коррелометра, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей через первый и второй регистры выборки соответственно подключены к первым информационным входам соответственно первого и второго коммутаторов, вторые информаци (Л G онные входы первого и второго коммутаторов объединены и подключены к выходу первого регистра числа, а третьи информационные входы первого и второго коммутаторов объединены с первым информационным входом сумматора , первым входом второго регистра числа, входом блока индикации и подQD СГ ключены к выходу блока памяти, управляющие входы первого и второго а: коммутаторов объединены и подключены к первому выходу узла формировадп ния команд блока управления, а выхоа ды первого и второго коммутаторов подключены к соответствующим входам блока умножения, выход которого соединен с вторым информационным входом сумматора, управляющий вход которого подключен к второму выходу узла формирования команд блока управления, выход сумматора соединен с первым входом первого регистра числа, первым информационным входом блока элементов ИЛИ и информационным входом

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.(ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ(УБЛИН (1% (111

З(511 G 06 F 15/336

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3563384/ 18-24 (22) 11.03.83 (46) 07 ° 06.84. Бюл. 1(- 21 (72) Н.О.Герусов, Б.С.демченко и В.Н.Малиновский (71) Производственное объединение

"Краснодарский ЗИП" (53) 621.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1Ф 826361, кл. С 06 F 15/336, 1981 (прототип).

2. Грибанов Ю.И., Веселова Г.П., Андреев В.Н. Автоматические цифровые корреляторы. N., "Энергия", 1971, с.182-184. (54) (57) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ

КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй регистры выборки, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, блок умножения, сумматор, блок памяти, первый и второй регистры числа, блок индикации, регистр команд, преобразователь позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, блок приоритета, блок управления, содержащий триггер, генератор тактовых импульсов, таймер, формирователь импульсов пуска, распределитель импульсов, узел формирования команд, группу переключателей, первый выход которой через триггер подключен к первому входу таймера, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход таймера объединен с первыми входами распределителя импульсов и узла формирования команд, первый выход таймера соединен с вторым входом распределителя импульсов, а второй выход — с первым входом формирователя импульсов пуска, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом узла формирования команд, причем выход формирователя импульсов пуска блока управления соединен с управляющими входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей через первый и второй регистры выборки соответственно подключены к первым информационным

И входам соответственно первого и вто- Е рого коммутаторов, вторые информационные входы первого и второго коммутаторов объединены и подключены к С. выходу первого регистра числа, а третьи информационные входы первого и второго коммутаторов объединены с первым информационным входом сумматора, первым входом второго регистра числа, входом блока индикации и подключены к выходу блока памяти, управляющие входы первого и второго коммутаторов объединейы и подключены к первому вйходу узла формирования команд блока управления, а выходы первого и второго коммутаторов подключены к соответствующим входам блока умножения, выход которого соединен с вторым информационным входом фр, сумматора, управляющий вход которого подключен к второму выходу узла формирования команд блока управления, выход сумматора соединен с первым входом первого регистра числа, первым информационным входом блока элементов ИЛИ и информационным входом

10966 >6 блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу первого коммутатора, вторые входы первого и второго регистров числа подключены соответственна к третьему и четвертому выходам узла формирования команд блока управления, выход второго регистра ч. сла подключен к информационному входу четвертого коммутатора, управляющий вход которого объединен с управляющим входом третьего коммутатора и подключен к выходу блока приоритета, группа выходов четвертого коммутатора является выходом коррелометра, выход третьего коммутатора соединен с первым информационным входом блока элементов ИЛИ, группа информационных входов третьего коммутатора является первым управляющим входом коррелометра, управляющий вход блока элементов ИЛИ подключен к второму выходу группы переключателей блока управления, а второй информационный вход блока элементов ИЛИ вЂ” к выходу преобразователя позиционного кода в двоичный, вход которого подключен к третьему выходу группы переключателей блока управления, выход блока элементов ИЛИ

„ через регистр команд подключен к первому входу узла формирования команд блока управления, управляющий вход и второй выход блока приоритета соединены соответственно с выходом и третьим входом распределителя имИзобретение относится к цифровой электроизмерительной технике. предназначено для измерения корреляционных функций, плотностей распределения вероятнос-.ей, математических ожиданий, вторичных режимов обработки ав" томатически по командам как от внешних устройств управления, так и по командам от внутренних органов управления и может быть использовано 10 при решении задач в системах непрерывного технологического контроля, автоматического управления и диагностики.

Наиболее близким по технической l5 сущности к предлагаемому является пульсов блока управления, группа информационных входов блока приоритета является вторым управляющим вхо. дом коррелометра, о т л и ч а ю шийся тем, что, = целью повьпне-. ния быстр8действия, в него введены блок хранения кодов граничного интер. .вала, компаратор, триггер и счетчик коэффициента, а блок управления дополнительно содержит группу из двух элементов И, первые входы которых подключены к первому выходу распределителя импульсов блока управления, а вторые входы — к пятому выходу узла формирования команд блока управления, второй вход формирователя импульсов пуска блока управления подключен к выходу счетчика коэффициента, тактовый вход котсрого подключен к выходу первого элемента И группы блока управления, а угравляющий входк выходу триггера, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И группы блока управления, нулевой вход триггера подключен к выходу формирователя импульсов пуска блока управления, первый вход компаратора объединен с адресным входом блока хранения кодов граничного интервала и подключен к выходу регистра команд, второй вход компаратора подключен к выходу блока хранения кодов граничного интервала, а выход компаратора — к первому входу узла формирования команд блока управления. устройство, содержащее первый и второй аналого-цифровые преобразователи (их входы являются входами устройства), выходы которых через регистры входных дискретных отсчетов соединены с входами первого и втэрого коммутаторов .соответственно, другие входы которых соединены с выходом первого регистра числа, выходы первого и второго коммутаторов подключены к входам блока умножения,, выход которого подключен через сумматор к блоку памяти, а вход блока памяти — к выходу первого коммутатора, цифровой вход коррелометра подключен к третьему коммутатору, выход которого соеди109 нен с входом элементов ИЛИ, первым регистром и блоком памяти, выход блока памяти соединен с блоком индикации, вторым регистром числа, входами первого и второго коммутаторов и сум- 5 матора, выходы блока управления — с управляющими входами аналого-цифровых преобразователей, первого и второго коммутаторов, сумматора, первого и второго регистров числа, преобразо- 10 вателя позиционного кода в двоичный, элементов ИЛИ и блока приоритета, третий вход коррелометра подключен к блоку приоритета, выходы которого соединены с блоком управления и третьим и четвертым коммутаторами, выход второго регистра числа через четвертый коммутатор соединен с выходом коррелометра, выход преобразователя позиционного кода в двоичный через элементы ИЛИ и регистр команд подключен к входу блока управления (1f и (2):

В коррелометре реализованы четы" ре алгоритма измерения корреляционной функции (КФ).

Для некоррелированной выборки (НК) используется алгоритм к

gpss",).--y Х(ЕЯЬ ))/(4+k) j; (")

И

k=01„,, w-1 =01„..m М-1, 35 где и» вЂ” число измеряемых ординат и

Э

Ь вЂ” шаг задержки, К вЂ” объем выборок.

Алгоритм позволяет обрабатывать сигналы с большим значением верхней 40 граничной частоты, но его реализация более длинная по сравнению с сильно коррелированной выборкой.

Алгоритм с сильно коррелированной выборкой (СК)

45 М+т

" (1 45)= — „с . txL(4 1с)Ьk)q(

„Hie-4 Ъ",,Ы ")=»,»М-"4""1Й О«», »"1, (3>

g- Ie, k,=Î,1,...,Е-1;) =P,1,Д,, где 8 — количество запоминаемых отсчетов на частном цикле.

Алгоритм обработки высокочастотных процессов

» ((k, ÿ k»1» \1=„Е»(»ттi»,mT + д"„)х (k2 1)k1

М » (4)

kÄ (kÄ w 1) )(41 rn ° (k,т » Т» ) где Тп- — длительность такта работы коррелометра.

Т =g Ьь,YA T()Bl„E„1» =Q 1,...,g -1;)(-О,1,,щ -1.

Для алгоритма (4) частотный диапазон возрастает в q раз, не зависит от Тр и опРеДелЯетсЯ Ь i с(Т

Однако коррелометр не позволяет автоматически анализировать выбор одного из алгоритмов измерения в зависимости от задаваемых переменных (функции авто КФ, взаимной КФ, матрицы КФ, числа одновременно измеряемых процессов, числа одновременно измеряемых функций, объема выборки), что приводит к уменьшению точности изме- . рения и уменьшению быстродействия.

Ручная установка степени коррелированности для выбора алгоритма (1) или (2), а также ручная. установка q рили для выбора алгоритма (3) или (4) приводит к дополнительным затратам времени на анализ сложной зависимости исходных управляющих характеристик и априорных сведений о сигналах, возможны ошибки выбора или ошибки оптимального выбора.

50 является невыгодным по частоте обрабатываемого процесса, но имеет минимальную статистическую погрешность.

Частично коррелированная выборка . 55 дает возможность повысить значение верхней частоты и избежать увеличения длительности реализации процесса

При автоматическом выборе алгоритма необходимо анализировать указанные параметры вне коррелометра, на что затрачивается дополнительное время и усложняется программа управления,это приводит к уменьшению быстродействия..

Цель изобретения — повьппение быстродействия путем автоматического выбора алгоритма измерений и исключения

5 10966. . 6 б

20

40 ошибок оператора при наборе параметров анализатора.

Поставленная цель достигается тем, что в многофункциональный цифровой коррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй регистры выборки, первый, второй, третий и четвертый коммутаторы, блок умножения, сумматор, блок памяти, первый и второй регистры числа, блок индикации, регистр команд, преобразователь позиционного кода в двоичный, блок элементов ИЛИ, блок приоритета, блок управления, содержащий триггер, генератор тактовых импульсов, таймер, формирователь импульсов пуска, распределитель импульсов, узел формирования команд, группу переключателей, первый выход которой через триггер подключен к первому входу таймера, второй вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, третий вход таймера объединен с перными входами распределителя импульсов и узла формирования команд, первый выход таймера соединен с вторым входом распределителя импульсов, а второй выход — с первым входом формирователя импульсов пуска, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом узла формирования команд, причем выход формирователя импульсов пуска блока управления соединен с управляющими входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых явля1отся соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей через первый и второй регистры выборки соответственно подключены к первым информационным входам соответственно первого и второго коммутаторов, вторые информационные входы первого и второго коммутаторов объединены и подключены к выходу первого регистра числа, а третьи информационные входы первого и второго коммутаторов объединены с первым информационным входом сумматора, первым входом второго регистра числа, входом блока индикации и подключены к выходу блока памяти, управляющие входы первого и второго коммутатоЬ ров объединены и подключены к нервому выходу узла формирования команд блока управления, а выходы первого и второго коммутаторов подключены к соответствующим входам блока умножения, выход которого соединен с вторым информационным входом с умматора, управляющий вход которого подключен к второму выходу узла формирования команд блока управления, выход сумматора соединен с первым входом первого регистра числа, первым информационным входом блока элементов ИЛИ и информационным входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу первого коммутатора, вторые входы первого и второго регистров числа псдключены соответственнс к третьему и четвертому выходам узла формирования команд блока управления, выход второго регистра числа псдключен к информационному входу четвертого коммутатора, управляющий вход которого сбъединен с управляющим входом третьего коммутатора и подключен к выходу блока приоритета, группа выходов четвертого коммутатора является выходом коррелометра, выход третьего коммутатора соединен с первым информационным входом блока элементов ИЛИ, группа информационных входов третьего коммутатора является первым управляющим входом коррелометра, управляющий вход блока элементов ИЛИ подключен к второму выходу группы переключателей блока управления, второй информационный вход блока элементов ИЛИ вЂ” к выходу преобразователя позициэнного кода в двоичный, вход которого подключен к третьему выходу группы переключателей блока управления, выход блока элементов ИЛИ через регистр команд подключен к первому входу узла формирования команд блока управления, управляющий вход и второй выход блока приоритета соединены соответственно с выходом и третьим входом распределителя импульсов блока управления, группа информационных входов блока приоритета является вторым управляющим входом коррелометра, введены блок хранения кодов граничного интервала, компаратор, триггер и счетчик коэффициента, а блок управления дополнительно содержит группу из двух элементов И, первые входы которых подключены к первому выходу распределителя импульсов блока управления, а вторые входы — к пятсму выходу узла формирования команд блока управ1096656

t0!

ЗО ления, второй вход формирователя импульсов пуска блока управления подключен к вьгходу счетчика коэффициента, тактовый вход которого подключен к выходу счетчика коэффициента, тактовый вход которого подключен к выходу первого элемента И группы блока управления, а управляющий вход к выходу триггера, единичный вход которого подключен к выходу второго элемента И группы блока управления, нулевой вход триггера подключен к выходу формирователя импульсов пуска блока управления, первый вход компаратора объединен с адресным входом блока хранения кодов граничного интервала и подключен к выходу регист— ра команд, второй вход компаратора подключен к выходу блока хранения кодов граничного интервала, а выход компаратора — к первому входу узла формирования команд блока управления.

На фиг. 1 представлена функциональная схема коррелометра, на фиг.2 структурная схема блока управления.

Коррелометр содержит (фиг.l) аналого-цифровые преобразователи (АЦП)

1 и 2, регистры 3 и 4 выборки, первый и второй коммутаторы 5 и 6, блок 7 умножения, сумматор 8, блок 9 памяти, блок 10 индикации, блок 11 управления, регистр 12 команд, первый ре" гистр 13 числа, преобразователь 14 позиционного кода в двоичный, блок 15 элементов ИЛИ, второй регистр 16 числа, третий и четвертый коммутаторы

i7 и 18, блок 19 приоритета, блок 20 хранения кодов граничного интервала (блок постоянной памяти), компаратор

2 1, триггер 22 и счетчик 23 коэффициента.

Блок г1 управления содержит генератор 24 тактовьгх импульсов, таймер

25, формирователь 26 импульсов пуска, распределитель 27 импульсов (счетчики и управляющие триггеры), узел 28 формирования команд (линия задержки и элементы И), триггер 29 и группу

30 переключателей, группу из двух элементов И 31, предназначенную для формирования команд управления триггером 22 и счетчиком 23 коэффициента и представляющую собой дополнение к элементам И, содержащимся в узле

28 формирования команд. Элементы И в узле 28 формирования команд и элементы И 31 группы распределяют в определенногг временной последователь35

55 ности управляющие сигналы для блоков многофункционального коррелометра.

На первые входы элемент. в И узла 28 формирования команд и элементов И 31 группы поступают сигналы с соответствующих управляющих триггеров распределителя 27 импульсов, а на вторые входы — с соответствующих выходов линии задержки узла 28 формирования,команд, задающих определенные временные соотношения между элементарными операциями (выбор адресов, считывание чисел, сбросы, запись, счет и т.д.).

Сигнал степени коррелированности (НК/ск) в коррелометре определяется автоматически блоками 20 и 21, поступает на вход узла 28 формирования команд блока 11 управления и выполняет ту же роль, что и в известном устройстве (lj .

Параметр g (q ), который в известном устройстге поступает от формирователя сигналов блока 11 управления через блоки 15 и 12 на формирователь

26 сигналов пуска блока 11 управления, в предлагаемом устройстве определяется автоматически блоками 22 и

23, поступает на формирователь 26 сигналов пуска блока 11 управления и выполняет ту же роль, что и в известном устройстве.

Счетчик 23 коэффициента представляет собой 12-разрядный, двоичный счетчик ° Блок 20 выбора граничного интервала представляет собой блок постоянной памяти. Коды граничного интервала предварительно определяются на стадии проектирования устройства по алгоритмам при различных переменных. При анализе граничного интервала учитывается несколько переменных: вид режима КФ (авто-взаимная КФ, матрица КФ), число входов, (число одновременно измеряемых процессов), число ординат, набор функций, обрабатываемых одновременно с КФ, шаг дискретизации г,, а также вид усреднения и

КФ (линейный или экспоненциальный) .

Вычисленные коды граничного интервала заносятся в блок 20 хранения кодов граничного интервала методом прожига внутренних перемычек при заданных на адресных входах перечисленных переменных. Таким образом, при набранном оператором или 3ВМ наборе указанных переменных на выходе блока 20 хранения кодов граничного интервала

)096656!

0 появляются заранее рассчитанные и занесенные в блок 20 коды граничного интервала „

Устройство работает следующим образом. S

В регистр 12 команд записываются командные данные, содержащие сведения о выполняемой функции или набора функций и др., например, при вычислении корреляционной функции задаются вид 1О режима КФ (авто-взаимная, матрица

КФ), число входов (число одновременно обрабатываемых процессов), число ординат, набор функций, обрабатываемых одновременно с КФ (например, плотности распределения вероятностей, математические ожидания, среднеквадРатичные значения), шаг дискретизации а также вид усреднения КФ (линейный или экспоненциальный). Для ав- 2О томатического определения степени коррелированности НК/ск указанные данные (кроме числа ординат) поступают на вход блока 20 выбора граничного интервала (на адресные входы) 25 и являются адресом, по которому в блоке 20 записан соответствующий код граничногоо интервала, который считывается и поступает на соответст-, вующий вход компаратора 2 1 для сравнения с шагом дискретизации Dc заи писанном в регистре 12 команд и поступающем на другой вход компаратора 21.

Код граничного интервала говорит о том, что начиная с этого интервала и

35 выше ресурсы коррелометра используются по времени не полнос-.üþ, т.е. после цикла вычислений коррелометр простаивает, ожидая очередной запуск

АЦП для получения последующих отсчетов входного сигнала. Ниже этого интервала коррелометр загружен по времени полностью.

В первом случае выгоден алгоритм

СК (2), во втором — HK (1). Компара 45 тор 21, если 5 7 > Ь гр, выдает сигнал СК, если:ьь (g$tp, выдает сигнал HK. Затем определяется параметр (в случае НК) или и (в случае СК), который указывает на алгоритм (4) с HK выборкой для высокочастотных процессов или на алгоритм (3) с СК алгоритмом для частично коррелированной выборки. Для этого блок 11 управления вырабатывает первый проход (первый такт работы коррелометра T ) no указанной компаратором 21 программе (НК или СК выборка).

В первом и последующих тактах Т посо ле команд запуска АЦП, поступающих с выхода формирователя 26:импульсов пуска блока 11 управления, на триггер 2? поступает команда сброса с выхода элементов И 31 группы блока 11 управления. Триггер 22 устанавливается в О" и запрещает прохождение на тактовый вход счетчика 23 коэффициента импульсов +!С, которые формируются в конце каждого прохода Т> на соответствующем выходе элементов И 3! группы блока 11 управления. Если до окончания Т на вход триггера 22 (вход установки "1") приходит один или несколько импульсов пуска с выхода формирователя 26 импульсов пуска блока 11 управления, то триггер 22 устанавливается в "1 и разрешает прохождение импульса +1С4 в конце прохода T

В исходном состоянии код счетчика

23 коэффициента равен нулю (g =О), код 1 поступает на формирователь 26 импульсов пуска и определяет частоту запуска АЦП. По мере увеличения кода частота запуска АЦП уменьшается и доходит до величины, когда на триггер 22 до конца каждого прохода Т не поступает ни одного импульса пуска АЦП, в этом случае прекращается. поступление + 1С4 на счетчик 23 коэффициента, код q (g ) устанавливается и является окончательным для данного алгоритма вычислений.

Таким образом, без участия оператора, автоматически определяется оптимальный алгоритм вычислений корреляционной функции по формулам (1)-(4).

Введение блоков 20-23 для автоматического определения степени коррелированности (HK/ск) и параметра () позволяет исключить ошибки оператора и затраты времени на анализ исходных управляющих команд для выбора алгоритма вычисления.

1096656

1096656

Составитель А.Иванова

Редактор О.Юрковецкая Техред Т.Маточка Корректор Г.Огар

Заказ 3827/37 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