Цифровой коррелометр

 

ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные ВХОДЫ которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей и ЯВЛЯЮТСЯ соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным ВХОДОМ первого триггера и подключены к ВЫХОДУ первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к ВЫХОДУ блока памятиj ВХОД которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти является ВЫХОДОМ корреляционной функции коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и ЯВЛЯЮТСЯ ВХОДОМ начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к ВЫХОДУ генератора тактовых импульсов, ВЫХОД первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным 1входом второго триггера, g ВЫХОД которого соединен с вторым ВХОДОМ второго элемента И, разрядные ВЫХОДЫ третьего счетчика запуска группы, соединены с первой группой ВХОДОВ блока сравнения, вторая группа ВХОДОВ которого соединена соотс с ветственно с выходами переключателей группы, ВХОДЫ которых ЯВЛЯЮТСЯ СООТвет .ственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока :о сравнения соединен с входами начальной установки счетчиков запуска групI30 пы и ЯВЛЯЮТСЯ ВЫХОДОМ конца цикла li коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы коррелометра, в него введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел , ВХОД запуска которого подключен к ВЫХОДУ блока сравнения, a разрядные ВЫХОДЫ генератора псевдослучайных соединены с первой группой ВХОДОВ ВТОРОГО сумматора, вторая группа ВХОДОВ которого подключена соответственно к разрядным выходам

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

В

РЕСПУБЛИН

0% (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Заи С 06 F 15 336 (21) 3579251/18-24 (22) 15.04.83 (46) 15.09.84. Бюл. У 34 (72) В.Н.Андреев и Б.С.Демченко (71) Производственное объединение

"Краснодарский ЗИП" (53) 621.3(088.8) (56) 1. Грибанов 10.И. и др. Автоматические цифровые корреляторы. И., "Энергия", 1971, с. 179.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 783797, кл. G 06 F 15/31, 1980 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифро- вые преобразователи, информационные входы которых соответственно объединены с информационными входами третье го и четвертого аналого-цифровых преобразователей и являются соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным входом первого триггера и подключены к выходу первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти является выходом корреляционной функции коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным входом второго триггера, -выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, разрядные выходы третьего счетчика запуска группы. соединены с первой группой входов блока сравнения, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами переключателей группы, входы которых являются соответственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока сравнения соединен с входами начальной установки счетчиков запуска группы и являются выходом конца цикла коррелометра, о т л и ч а ю щ и и с я ! тем, что, с целью повыщения точности работы коррелометра, в него введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход запуска которого подключен к выходу блока сравнения, а разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого подключена соответственно к разрядным выходам

1113806 ка группы. третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые входы

Р которых являются входом управления

Изобретение относится к цифровой электроиэмерительной технике и предназначено для оперативного определения корреляционных функций (КФ) высокочастотных случайных процессов.

Известны многоканальные цифровые коррелометры, использующие для определения КФ высокочастотных .случайных процессов некоррелированную выборку, например коррелометр, содержащий аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с регистрами сомножителей, блок умножения, сумматор, блок памяти и блок синхронизации f1).

Недостатком устройства при обработке высокочастотных процессов является возможность появления погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составляющими, так как выборка пар отсчетов с одинаковым временным сдвигом производится с постоянным шагом де а мак„- максимальный интервал корреляции, Т вЂ” длительность такта о вычислений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометр, содержащий АЦП, блок умножения, сумматор, блок памяти, генератор тактовых импульсов и схему пуска $2).

Недостаток устройства — выборка с постоянным шагом, в данном случае равным длительности цикла вычислений, что приводит к погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составляющими.

Цель изобретения — повышение гочности за счет уменьшения погрешности синхронности. зdлиГи информации корре!!ометра Ры ходы элементов И-HK группы соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика запусУказанная цель достигается тем, что в цифровой коррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные вхо5 ды которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей и являются соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналогоцифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным

I входом первого триггера и подключены к выходу первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти

r является выходом корреляционной функции,коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объе, динен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго

4О элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом

06 4

На фиг. 2 изображена функциональная схема ГПСЧ 21, состоящая из сдви" гающих регистров 25 и 26 с обратной 5 связью, содержащей сумматор по модулю два (два элемента НЕ 28 и 29 и схему

И-ИЛИ-НЕ 27). з 1 !138 второго элемента И, разрядные выходы третьего счетчика запуска группы

1 соединены с первой группой входов блока сравнения, вторая группа вхд дов которого соединена соответственно с выходами переключателей группы, входы которых являются соответственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока сравнения соединен с входами начальной уста- 1р новки счетчиков запуска группы и являются выходом конца цикла коррело. метра, введены группа элементов И -НЕ. второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход которого под- 1S ключен к выходу блока сравнения, а разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого подклю- 20 чена соответственно к разрядным выходам третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые 25 входы которых являются входом управления записи информации коррелометра, выходы элементов И-НЕ группы соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика 30 запуска группы.

На фиг. 1 приведена блок-схема коррелометра; на фиг. 2 — блок-схема генератора псевдослучайных сигналов; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы работы устройства.

Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1-4, блок 5 умножения, первый сумматор 6, блок 7 памяти, группу 8 счетчиков 4О запуска, состоящую из первого 9, второго 10 и третьего 11 счетчиков запуска, первый 12 и второй 13 триггеры, первый 14 и второй 15 элементы

И, генератор 16 тактовых импульсов 45 (ГТИ), вход начальной установки коррелометра 17, группу элементов И-НЕ .

18, второй сумматор 19, блок 20 сравнения, генератор 21 псевдослучайных чисел (ГПСЧ), группу 22 переключателей, выход конца цикла 23 коррелометра.

На фиг. 3 изображены временные диаграммы запуска AIUI 1-4, при этом пуск начального частного цикла АЦП„

1 2 изображен на фиг. За, а со сдвигом АцП 3,4 w нHа ф иHг ; 3б (генератор псевдослучайных чисел не включен).

На фиг. 4 изображены временные диаграммы запуска,АЦП 1-4 с включенным ГПСЧ; на фиг. Ъц — запуск AIUI

1,2 — в начале частного цикла; на фиг. 4б — запуск АЦП 3,4 со сдвигом.

Информационные входы первзго 1 и второго 2, третьего 3 и четвертого 4 АЦП попарно соединены и являются первым и вторым входами коррелометра соответственно. Выходы АЦП !-4 соединены с входами блока 5 умножения, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 6. Выход блока 7 памяти соединен с вторым вхо дом первого сумматора 6, а вход — с выходом первого сумматора 6. Управляющие входы АЦПц 1 и 2 соединены с единичным входом триггера 12 и подключены к выходу первого элемента

И 14. Управляющие входы АЦП 3 и 4 объединены и подключены к выходу второго элемента И 15. Нулевые входы первого 12 и второго 13 триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометров, выход первого триггера 12 соединен с первым входом первого элемента И 14.

Вход элемента И 14 подсоединен к счетному входу первого счетчика 9 запуска группы 8, выход которого подключен к другому входу второго элемента И 15 и к счетному входу второго счетчика 10 запуска группы.

Выход счетчика 10 запуска группы под4 ключен к единичному входу второго триггера 13 и счетному входу третьего счетчика 11 запуска группы. Разрядные выходы третьего счетчика 11 запуска группы соединены с первыми входами второго сумматора 19 через шину 24 и первой группой входов блока 20 сравнения, вторая группа входов которого подключена к выходам группы 22 переключателей. Выход блока 20 сравнения подключен к входам начальной установки счетчиков запуска группы 8 и является выходом конца цикла коррелометра, а также подключен к входу запуска ГПСЧ 21, разрядные выходы которого подключены к второй группе входов второго сумматора 19, входы которого подключены к первым входам

1113806

ГПСЧ 21 построен по традиционной, схеме на основе регистров сдвига 25 и 26 с обратной связью, содержащей сумматор по модулю два 27, 28; 29.

Разрядность чисел, формируемых ГПСЧ

21, равна разрядности числа q. Состояние регистра сдвига меняется по команде "Конец цикла" 23, поступающей с выхода блока 20.

Второй сумматор 19 суммирует коды чисел, поступающих на него с третьей группы разрядов 11 многорядгого счетчика 8 и с ГПСЧ 21. Сумма с выхода второго сумматора 19 подается на группу элементов И-НЕ 18, с выходов которого по команде, поступающей на второй вход группы элементов И-НЕ 18, заносится в обратном коде в первый группы элементов И-HE 18, вторые входы которых являются входом управления записи информации коррелометра.

Выходы группы элементов И-НЕ соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика 9 запуска группы.

С помощью группы 22 переключателей задаются коды в виде высоких и низких потенциальных уровней. Первая группа

9 разрядов многоразрядного счетчика 8 производит пересчет тактовых импульсов, поступающих от генератора 16, на величину q, определяемую отношением времени Т обработки сомножителей (в течение каждого такта вычислений) к шагу задержки Л Г. Вторая группа разрядов 10 счетчика 8 производит пересчет импульсов, поступающих на нее из первой группы 9, на величину ш . Произведение qm =m, где

m — - число определяемых ординат. КФ.

Блок 20 сравнения кодов сравнивает коды, поступающие на него с разрядных выходов третьего счетчика

11 запуска группы 8 и с группы 22 переключателей. Перед началом работы в группе 22 переключателей устанавливается число q, равное коэЫ ициенту пересчета первого счетчика 9 запуска 30 группы 8. После того как в третий счетчик 11 запуска группы 8 поступит из второго счетчика 10 запуска q m импульсов, блок 20 сравнения выраба— тывает команду "Конец цикла", котораяЗ обнуляет счетчики запуска группы 8.

Таким образом, коэффициент пересчета третьего счетчика 11 запуска получается равным ц. счетчик 9 запуска группы 8 в начале каждого частного цикла вычислений.

Порядок вычисления КФ обрабатываемых процессов циклический. Каждый цикл вычислений состоит из m тактов, во время которых вычисляются произведения отсчетов с определенным временным сдвигом. Всего за цикл вычисляется полный набор произведений для всех значений временного сдвига. Полученные произведения добавляются в блоке 7 памяти к частичным суммам произведений с соответствующими временными сдвигами, полученными в предыдущих циклах вычислений.

Перед началом работы определяется параметр алгоритма вычислений, равный ближайшему верхнему двоичному числу от отношения T0/ä(; Число вводится в группу 22 переключателей.

Коэффициенты первого пересчета и второго 10 счетчиков запуска группы 8 устанавливаются равными q u m =m/q соответственно. Процесс определения в течение цикла вычислений состоит из частных циклов. В течение каждого частного цикла АЦП 1,2 запускается с выхода первого элемента И 14 один раз (в начале частного цикла). АЦП.-!

3,4 запускается m раз с интервалом

q i с выхода второго элемента И 15.

Работу коррелометра в течение

1-го цикла вычислений удобно рассмот реть сначала для случая, когда генератор 21 псевдослучайных чисел отключен (см. фиг. За,б) от второго сумматора 19 и на выходе сумматора 19 повторяется число, находящееся в третьем счетчике 11 запуска группы 8, Временные диаграммы запуска АЦП 1-4 для этого случая приведены на фиг. 3.

Перед началом V-го цикла триггеры

12 и 13 установлены в "1", на элемен. ты И 14 и 15 подан запрещающий потенциал соответственно с выходов триггеров 12 и 13. Второй 10 и третий 11 счетчики запуска группы 8 обнулены командой Конец цикла" в конце предыдущего (V — 1) цикла вычислений. В первом счетчике запуска установлен код, обрагный нулевому. В начале первого частного цикла по команде

"Установить 0" (начало частного цикла) триггеры 12 и 13 устанавливаются в нуль, при этом на элементы И 14 и 15 подается разрешающий потенциал. Затем на соответствующий вход элемента И 1 и счетный вход первого счетчика 9

7 1113806 запуска груйпы 8 начинают поступать тактовые импульсы от ГТИ 16. Первый прошедщий через элемент И 14 импульс поступает на управляющие входы АЦП <

1, 2 и задним фронтом устанавливает 5 триггер 12 в "1", при этом на элемент

И 14 подается запрещающий потенциал и дальнейшее прохождение импульсов через И 14 на управляющие входы АЦПо

1,2 прекращается (см. фиг. За). Этот же импульс поступает на вход первой группы разрядов 9 счетчика 8, проходит через цепь ускоренного переноса счетчика (на чертеже не показана) и через элемент И 15 запускает АЦП;„ 3,4 15 (см. фиг. Зб). Таким образом, в начале первого частного цикла преобразователи ALII и АЦП запускаются одновременно. Полученные дискретные отсчеты умножаются, суммируются с 20 ранее накопленными результатами и запоминаются в блоке 7 памяти. Второй и последующие запуски АЦП 3,4 выполняются с интервалом Чй импульсами, поступающими на элемент 15 с >5 выхода первого счетчика 9 запуска.

В течение частного цикла АЦП 3,4 запускается m р з. Через тп тактов сигналом переноса из второго счетчика

10 запуска в третий счетчик 11 запус-30 ка триггер 13. устанавливается в "1", а в счетчике 11 запуска записывается

"1". На этом первый частный цикл получения дискретных отсчетов заканчивается. водится определение ординат прямой и обратной ветви КФ. Ординаты КФ (R+ (К + К ))с„-. вычйсляются для К 1 = 0,1 ......... .(q-1), К = 0,1 ..... (ш -1).

Рассмотрим определение по одной ординате прямой и обратной ветви КФ для i частного цикла j ординаты.

Длй вычисления R„ . ((i+qj)hi) входМ ные дискретные отсчеты Хoi+qj) b<) и

У ((i+jq)b Э умножаются. На выходе блока 5 умножения получаем произведение

Х Ri+qj)a 1 У t(i+qj) <1.

В сумматор 6 из блока 7 памяти считывается частичная сумма произведений )-1 циклов

М-1

Ч-1 ,О x(e(1+ 1)a7jy(e(1+gI) at = x y

Е=1 е=1

В первом сумматоре 6 производится суммирование полученного произведения в 1 -м цикле с частичной суммой произведений, полученных в Р -1 циклах. В результате получаем ч хуС1 1+ 41) - . еЧе

6=1

Аналогичным образом получаем значение ординат второй ветви КФ для

Ч-ro цикла:

% Ч

« q >и1= х, г

Е=1

После подключения к первому входу второго сумматора 19 генератора 21 псевдослучайных чисел коррелометр работает следующим образом (см. фиг. 4 а,б).

Пусть перед началом М-го цикла в

ГПСЧ 21 находится число КЧс . Это число заносится в обратном коде через группу элементов И-НЕ 18 в первый счетчик 9 запуска группы 8.

По этой причине в первом частном цик» ле первый запуск AIUI 3,4 сдвинут относительно запуска АЦП 1,2 на интервал Kl i. По окойчании пеРвого частного цикла вычислений из второго счетчика 10 запуска поступае

tt и единица переноса. Перед началом второго частного цикла в первый счетчик 9 запуска заносится обратный код числа (КР +1) .

Перед началом второго частного цикла по команде управления записью информации содержимое разрядов третье

ro счетчика 11 запуска заносится в

40 разряды первого счетчика 9 запуска в обратном коде (обратный код числа (000.....0). Второй частный цикл аналогичен первому, однако первый запуск АЦП 3,4 относительно запуска

45 АЦПо 1,2 сдвинут на интервала"1..

В общем случае первый запуск АЦП сдвинут относительно запуска АЦПр на интервал К,аГ, а задержка между отсчетами в пределах цикла формируется

50 по закону

® =(К, +K q) ь с, где К = О, 1 — — — — (q-1) — номер частного цикла;

К = 0,1 ......(m — 1) — число ординат в подцикле.

Одновременно с получением дискретных отсчетов входных сигналов произВ начале второго частного цикла запуск АЦП 3,4 сдвинут относительно запуска АЦП 0 1,2 на интервал К„ +i.

Аналогично протекают остальные част» 1380

20 ные циклы. ° В общем случае первый запуск АЦП 3,4 сдвинут относительно запуска АЦП 1,2 на К где К принимает .последовательно значения К

1+1 ... q 1 0 1 ... K -1. По окойчании последнего частного цикла блок 20 сравнения формирует команду

"Конец цикла", по второй группе счетчиков запуска 8 сбрасывается в

"0" а в ГПСЧ 21 устанавливается

1О

Э с очередное псевдослучайное число К1 + 1. которое будет использовано для1формирования сдвигов между отсчетами в следующем цикле вычислений.

В (1 1)-м цикле вычислений в нача15 ле каждого частного цикла запуск

АЦП 3,4 относительно запуска АЦПо

1,2 сдвинут на интервал К14, где К,1 последовательно принимает значения С

К „, K,t„+1, ... q-19 0; с

К -1. Таким образом, генератор 21

1+л псевдослучайных чисел задает в каждом цикле начальную фазу последовательности дискретизации отсчетов, 25 которая меняется от цикла .к циклу случайным образом.

Временные диаграммы запуска АЦП при случайном характере выборки приведены на фиг. 4а,б. Диаграммы соответствуют соотношению параметров алгоритма, при которых полный цикл вычислений содержит 8 частных циклов, а длина последовательности псевдослучайных чисел равна 7. На диаграммах фиг. 3 и 4 частные циклы пронумерованы от 0 до 7 в соответствии со сдвигом запуска АЦП относительно запуска АЦПо в начале каждого частного цикла. Процедура вычисления дискретных отсчетов аналогична описанной.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит устранить погрешность синхронности при измерении высокочастотных процессов без увеличения времени измерения, так как в подциклах измерения выборка сигналов осуществляется по случайномузакону, без введения случайных интервалов, как в прототипе между подциклами измерения, которое увеличивает общее время измерения.

1113806 фиа.2

°

1113806 игл Вычислении

Цикл Вычислении

Фие. 4

Составитель А. Иванова

Техред C.Ëåãåçà Корректор М. Шароши

Редактор М. Циткина

Заказ 6620/40 Тираж 698 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

Of 2 Ю Ф 5 б 7 01 25 4 6 Of