Многоканальный автокоррелятор

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОКОРРЕЛЯТОР , содержащий генератор функций Уолша, весовые сумматоры, а в каждом основном канале - последовательно соединенные ключ и интегратор, а также квадратор, выходы весовых , сумматоров являются выходами автокоррелятора , информационные входы ключей всех основных каналов объе .динены и являются входом автокоррелятора, выходы генератора функций Уолша подключены к управляюпщм входам ключей всех каналов, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, в него введены дополнительные каналы из последовательно соединенных аналогового сумматора и квадратора, выходы которых соединены с соответствующими входами весовых сумматоров, входы аналоговых сумматоров подключены к выходам интеграторов соответствующих основных каналов, выходы квадрато (Л ров основных каналов соединены с входами весовых сумматоров, в каждом основном канале викод интегратора соединен с В-АОЦОМ квадратора.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) G 06 G 7/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

АО ДЕЛ М ИЗ PE НИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3649834/24-24 (22) 10.10.83 (46) 23.06.85. Бюл. 1Ф 23 (72) Н.В.Нечаев и А.П.Емельянов (71) Институт геохимии и геофизики

АН Белорусской ССР (53) 621.3(088.8) (56) !. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. N., 1972, с.156, фиг.417.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 817733, кл. G 06 G 7/19, 1981 (прототип), (54) (57) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОКОРРЕЛЯ-, ТОР, содержащий генератор функций

Уолша, весовые сумматоры, а в каждом основном канале — последовательно соединенные ключ. и интегратор, а также квадратор, выходы весовых

„„SU„„1163336 сумматоров являются выходами автокоррелятора, информационные входы ключей всех основных каналов объе,динены и являются входом автокоррелятора, выходы генератора функций

Уолша подключены к управляющим входам ключей всех каналов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дополнительные каналы из последовательно соединенных аналогового сумматора и квадратора, выходы которых соединены с соответствующими входами весовых сумматоров, входы аналоговых сумматоров подключены к выходам интеграторов соответствующих основных каналов, выходы квадраторов основных каналов соединены с входами весовых сумматоров, в каждом основном канале выход интегратора соединен с в;;одом квадратора.

1 1163336

Изобретение относится к автомати- ч ке и вычислительной технике, а имен- ф но к устройствам для определения г временных характеристик стационарных случайных процессов. . 5 с

Известен коррелятор, содержащий а формирователь коэффициентов разложения, выходы которого соединены с пер» ч выми входами схем умножения, втос рые входы которых соединены с вхо- 10 в дами и выходами и-ячеек ортогональн ного фильтра, первая ячейка которон го соединена с генератором единич- к ных импульсов, причем выходы схем я умножения соединены с входами сум- 15 и мирующей схемы, вход которой соедин нен с регистрирующим устройством. в

При этом формирователь коэффициентов н разложения содержит ортогонапьный У фильтр, выходы которого соединены 20 н с первыми входами схем умножения, и вторые входы которых соединены с г входом устройства, а выходы — с д входами усредняющих устройств, вы- щ ходы которых являются выходами фор- 25 ды мирователя коэффициентов разложе- к ния 513. щи

Недостатками этого устройства т являются низкое быстродействие и в сложность конструкции. 30

I с х х

Rxx= x (2) Мм-1 х

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является многоканальный автокоррелятор, содержащий генератор функций Уолша, выходы которого подключены к первым вхо- 35 дам биполярных ключей всех каналов, вторые входы биполярных ключей объединены и являются входом автокоррелятора, выход биполярного ключа в каждом канале соединен с входом ин- 40 тегратора этого канала, входы весовых сумматоров соединены соответственно с выходами блоков усреднения каждого канала. Каждый канал содержит аналоговый ключ и квадратор, вход которого соединен с выходом аналогового ключа, а выход — с входом блока усреднения своего канала, информационный вход аналогового ключа подключен к выходу интегратора, управляющие входы интеграторов и аналоговых ключей всех каналов подключены к выходу блока управления, вход которого соединен с управляющим выходом генератора функций Уолша 2). 55 . Недостатками известного устройства являются сложность конструкции и низкое быстродействие за счет того,,г то количество преобразований по ункциям Уолша должно быть N/2, де N — размерность матрицы Уолша.

Цель изобретения — упрощение контрукции и повышение быстродействия втокоррелятора.

Поставленная цель достигается тем, то в многоканальный автокоррелятор, одержащий генератор функций Уолша, есовые сумматоры, а в каждом основом канале - последовательно соедиенные ключ и интегратор, а также вацратор, выходы весовых сумматоров вляются выходами автокоррелятора, нформационные входы ключей всех осовных каналов объединены и являются

ыходом автокоррелятора, выходы геератора функций Уолша подключены к правляющим входам ключей всех каапов, введены дополнительные каналы з последовательно соединенных аналоового сумматора и квадратора, выхоы которых соединены с соответствуюими входами весовых сумматоров, вхоаналоговых сумматоров подключены выходам интеграторов соответствуюх основных каналов, выходы квадраоров основных каналов соединены с ходами весовых сумматоров, в каждом сновном канале выход интегратора оединен с входом квадратора.

Автокорреляционную функцию стационарного случайного процесса можно определить следующим образом; й-1

"xx(i) = — Х(Чх(+ ° )

М10 или в матричной форме

"хх= — " Гх) (1) где (xj — циркулярная матрица, каждый k --й "столбец которой (1с--0, 1, 2,...,N-1) определяется произведением k- го опер атор а сдвига и g на вектор-столбец процесса x(t) .

Тогда выражение (1 ) можно запис ать в виде где М вЂ” матрица сдвига во временной области.

Применив к равенству (2 ) тождественное преобразование — произведение

1163336

Х х

С„С C,С

Выразив хх х ® х х получает

О 1 000 О О О О

О О 1 О О О О О

0 0 0 1 0 0 0 0

О О О О 1 О О О

0 0 0 О С 1 О О

О О О О О О 1 О

О О О О О О О 1

1 О О О О О О О

М =

О О О 0

О О О 0

О О 0 0

О О - О 0

1/2 -1/2 -1/2 -l/2

1/2 -1/2 1/2 1/2

1/2 1/2 1/2 -1/2 — 1/2 -I/2 1/2 -1/2

1 000

0-1 О О

000-1

0000

Г

- и матрицы Уолша W на обратную ей И получаем

Непосредственный способ вычисления R по выражению (3) обладает сухх щественным недостатком, так как требует каждого сдвига реализации для выполнения преобразования Уолша. Более эффективный способ состоит в использовании матрицы Г сдвига в частот" ной области для определения коэффи- циентов преобразования Уолша

С (i=OwN-1) сдвинутых реализаций, 1

Г = ГМР. I

Тогда коэффициенты преобразования

Уолша С сдвинутой реализации на

1 шагов можно определить как

С = (, Гр, о = о, («(-1

1 где (— коэффициенты Уолша при ну1 левом сдвиге f=O;

Г - матрица сдвига в частотной

2 области на 6 шагов.

Тогда можно записать

М-1 — С,. C„ . 1,1>

1=0

Для Я = 8 и 1 = 1 матрицы М1 и

Г для кронекер-упорядочных функций

Уолша имеют вид

Тогда из выражения(1) Кхх равно

Р Со Cî Сч(, C7)+ Cü(-С )+Сз Cô+ 1/2 C„C„1/2C1(6)+

+1/2С„(С2)+1/2C„(-С )+1/2СЬС +1/2Cs (-Сь)+

+1l2C

1/2 С2(С )+1/2С ((;„)+1/2L. (»С )+1/2С. С (5) С С 1/2С -1/2C +1/оС 1/2С «Рг i ((«« «I -I:I-c )=q «(с с«, с

«««=- (с c„-с -с -1/z(c««c ) ry(c «c J ), 15 Аналогичным способом определяются остальные значения Rxx(c). Для

N=8

=С +С «С +С +С +С +С2+С2

2 2 2 1

О О 2 О ь

2 2 2 2 2

R«=L +С« — С вЂ” С«-!(2(С «С ) *((g(C «C «=Д, 25 з Со С +СЬ -С.,11/2(С„+С )-1/2(С +СЬ)аЯБ, 2 2 2

Р =С -С -С +С С -С -С2+С2

2 2 2 2

1 2 3 Ф $ g 7

Число дополнительных квадратов сумм 4(для Ч =8 (С1 С5, (С2+ Сь ) j растет с увеличением размерности преобразования Уолша пропорционально степени двойки начиная с N 8

N=8 h-=2 =2

N -16 h - 2 +2 =6

N =32 h = 2 +2 +2 14 и т.д.

Таким образом, для определения значений автокорреляционной функции

К„„(Г) необходимо вычислить коэффициенты Уолша С;, возвести в квадрат и просуммировать их с квадратами соответствующих сумм С.

На чертеже представлена блок-схема предложенного автокоррелятора.

Многоканальный автокоррелятор содержит генератор 1 функций Уолша, к выходам которого подключены управляющие входы ключей 2, количество которых равно числу основных каналов.

5О Каждый основной кацап состоит из последовательно соедиьенных ключа 2, интегратора 3 и квадратора 4. Выходы последних (N-4) интеграторов 3 соединены с входами аналоговых суммато55 ров 5 дополнительных каналов, выходы которых соединены с входами квадраторов 6 дополнительных каналов. Выходы квадраторов 4 основных каналов и квадI 1 63336 (oJ

Гн-ч) раторов 6 дополнительных каналов соединены с входами весовых сумматоров 7, выходы которых являются выходами устройства. Информационные входы ключей

2 всех каналов объединены и являются входом автокоррелятора, Автокоррелятор работает следующим образом.

На вход устройства в виде напряжения поступает исследуемый процесс.

Одновременно на управляющие входы ключей 2 основных каналов от генератора 1 функций Уолша поступает напряжение, изменяющееся по закону функций Уолша, в результате чего в ключах 2 происходит или повторение входного напряжения, если на управляющем входе ключей 2 присутствует напряжение, или инвертирование, если напряжение на управляющем входе равно нулю. Преобразованные напряжения с выходов ключей 2 в каждом основном канапе поступают на вход интеграторов. Такое преобразование происходит в течение времени Т, где Т вЂ” интервал задания функций Уолша. По истечении времени

Т на выходах интеграторов 3 всех основных каналов присутствуют напряжения, пропорциональные коэффициентам Уолша С исследуемого ппоцес1 са. Эти напряжения возводятся в квадрат в квадраторах 4 всех кана5 лов, а напряжения поспедних (Ы-4) интеграторов поступают на входы аналоговых сумматоров 5 дополнительных каналов, где они суммируются в соответствии с выражением (5) и возводятся в квадрат в квадраторах

6 дополнительных каналов. Полученные квадраты коэффициентов С. в

1 квадраторах 4 всех каналов и их алгебраических сумм в квадраторах 6 дополнительных каналов поступают на входы весовых сумматоров 7, где они суммируются в соответствии с выражением (5), в результате чего на выходе весовых сумматоров 7 по истечении времени Т присутствуют напряжения, пропорциональные ординатам автокорреляционной функции.

Таким образом, упрощается схема предлагаемого автокоррелятора по сравнению с известным за счет устранения аналоговых ключей, усреднителей и блока управления. ОдновреЗ0 менно повышается быстродействие автокоррелятора в N/2 раз.