Коррелометр

 

Изобретение может быть использовано при анализе характеристик случайных сигналов, а также при обработке сигналов в различных радиосистемах . Целью изобретения является предсказание на заданный интервал; времени сдвига максимума функции взаимной корреляции (ФВК) двух случай ных сигналов. Сигналы с выходов yd- реднителей известного п-канального коррелометра поступают на соответствующие входы блока выбора наибольшего напряжения. С первого выхода генератора тактовых импульсов в каждый такт поступает импульс сброса триггеров. На втором выходе генератора появляется тактовый импульс, поступающий на объединенные управляющие входы всех ключей. В результате в блоках сравнения каждая оценка ФВК сравнивается с наибольшей оценкой. На выходе блока сравнения, в котором напряжения на первом и втором входах равны, появляется перепад напряжения (или импульс ) . Перепад напряжения на выходе блока сравнения вызьшает срабатьшание соответствующего триггера, на выходе которого появляется единичное напряжение. Это единичное напряжение поступает на вход масщтабного усипителя, на выходе которого напряжение в этом случае пропорциональное номеру канала j или, иначе, величине временного сдвига j t. На выходах других усилителей напряжение равно нулю. На выходе сумматора в каждый такт работы действует напряжение, пропорциональное величине сдвига максимума ФВК. Остальные блоки выполняют операции по оценке коэффициентов линейной регрессии, связывающей оценку сдвига j S максимума ФВК ВО времени на прошедшем интервале t,t,... ...,tj,...,t. Напряжения оценок коэффициентов линейной регрессии поступают на входы сумматора, выход которого является выходом устройства. Причем второй коэффициент регрессии, связаннньй с временем, вначале поступает на вход умножителя, на второй вход которого поступает напряжение, поопорциональное интервалу предсказания с выхода генератора линейно возрастающего напряжения, запускаемого через элемент задержки с второго выхода генератора. 1 ил. i (Л С 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) ! !) С 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4047805/24 — 24 (22) 01. 04.86 (46) 07.01.89. Бюл. Ф 1 (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (72) О.Л. Соколов (53) 68).3(088.8) (56) Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. M,: Энергия, 1972, с.ll6117. (54) КОРРЕЛОМЕТР (57) Изобретение может быть использовано при анализе характеристик случайных сигналов, а также при обработке сигналов в различных радиосистемах. Целью изобретения является предсказание на заданный интервал; времени сдвига максимума функции взаимной корреляции (ФВК) двух случайных сигналов. Сигналы с выходов усреднителей известного и-канального коррелометра поступают на соответствующие входы блока выбора наибольшего напряжения. С первого выхода генератора тактовых импульсов в каждый такт поступает импульс сброса триггеров.

На втором выходе генератора появляется тактовый импульс, поступающий на объединенные управляющие входы всех ключей. В результате в блоках сравнения каждая оценка ФВК сравнивается с наибольшей оценкой. На выходе блока сравнения, в котором напряжения на первом и втором входах равны, появляется перепад напряжения (или импульс). Перепад напряжения на выходе блока сравнения вызывает срабатывание соответствующего триггера, на выходе которого появляется единичное напряжение. Это единичное напряжение поступает на вход масштабного усилителя, на выходе которого напряжение в этом случае пропорциональное номеру канала j или, иначе, величине временного сдвига j . На выходах других усилителей напряжение равно нулю. На выходе сумматора в каждый такт работы действует напряжение, пропорцио— нальное величине сдвига максимума

ФВК. Остальные блоки выполняют операции по оценке коэффициентов линейной регрессии, связывающей оценку сдвига 1с максимума ФВК во времени на прошедшем интервале t,,t,...

Напряжения оценок коэффйциентов линейной регрессии поступают на входы сумматора, выход которого является выходом устройства.

Причем второй коэффициент регрессии, связаннный с временем, вначале поступает на вход умножителя, на второй вход которого поступает напряжение, пропорциональное интервалу предсказания с выхода генератора линейно возрастающего напряжения, запускаемого через элемент задержки с второго выхода генератора. 1 ил.

1449987

Изобретение относится к аппаратурному анализу характеристик случайных сигналов и может быть использовано в радиотехнических системах различно" 5 го назначения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет предсказания сдвига максимума функции взаимной корреляции. 10

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого коррелометра.

Коррелометр содержит входные блоки 1 и 2, и умножителей 3; -3» и усреднителей 4 -4„. Вход каждого усред-15 нителя соединен с выходом соответст-. вующего умножителя 3, -3 <. Последовательно соединены и-1 элементов 5,—

-5(„,) задержки первой группы. Выход первого входного блока 1 соединен с Д1 объединенными первыми входами всех умножителей Зл-3 л. Второй вход каждого умножителя объединен с входом соответствующего элемента 5,-5„, задержки и подключен к выходу второго 25 входного блока 2. Выход 5 „ элемента задержки соединен с входом п-ro умножителя 3„. Устройство содержит также блок 6 определения максимального напряжения, генератор 7„ такто- 30 вых импульсов каналов, каждый из которых содержит ключ 81, где j =1,2, ...,и, выход ключа 8 подключен к первому входу блока 9 сравнения, выход которого соединен с входом ус- 35 тановки в единицу триггера 10. . Вы) ход триггера 10 соединен с входом масштабного усилителя 11 первой группы. Выход каждого масштабного усилителя подключен к соответствующему входу и-входового сумматора 12.

Выход сумматора 12 подсоединен к первому элементу ш-1 последовательно соединенных элементов 13, -13,„ задержки. Второй группы устройство также содержит m масштабных усилителей 14л -14, второй группы, первый и второй m-входовые сумматоры 15 и

16, m+1 и m+2 масштабных усилителей

17 и 18, вьтчитатель 19, генератор 20 линейно нарастающего напряжения, вход которого через дополнительный элемент

21 задержки подключен к второму выходу генератора 7, а выход соединен с одним входом дополнительного умножителя 22.

Выход сумматора 23 является выходом коррелометра.l, Причем вход ключа каждого канала 8„-8 > соединен с выходом со о тве тс твующег о усреднителя 4л-4„. Управляющие входы всех клю,чей объединены и подсоединены к второму выходу генератора 7, первый выход которого соединен с объединенными входами сброса всех триггеров

10„-10„.Вторые входы всех блоков 9,—

-9 сравнения объединены и подсоедии нены к выходу блока 6. Каждый вход блока 6 подсоединен к выходу соответствующего усреднителя 4, — 4„. При этом выход каждого i-ro элемента 13; задержки, где i 1 2,...,m-l, соединен с 1 м одновходовым умножителем 14 u одновременно с i-м входом первого

m-входового сумматора 15, m-й вход которого объединен с входом m-ro масштабного усилителя 14„,и подсоединен к выходу (m-l)-ro элемента задержки, выход каждого из ш масштабных усилителей 14,-14„ соединен с соответствующим входом второго m-входового сумматора 16, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя 19, вход вычитаемого которого соединен через (m+1)-й масштабный усилитель 17 с выходом первого m-входового сумматора 15. Выход вычитателя 19 через (ш+2)-й масштабный усилитель 18 соединен с входом дополнительного умножителя 22, выход которого соединен с одним входом сумматора

23, другой вход которого соединен с выходом первого — входового сумматора 15.

Коррелометр работает следующим образом.

Коррелометр работает по методу умножения, выполня е т де йс тв ия, необходимые для получения оценок взаимной корреляционной функции стационарных случайных сигналов в соответствии с выражением т л

R,а ) х 1) y(t+c) ñ1t (1) о где x(t) и y(t+ ) — два напряжения с относительным сдвигом;

Т вЂ” интервал усреднения.

Для получения всей кривой ц.(С) операция (1) производится для различных величин задержки, причем изменение .. дискретное, т.е. с ° =1 где с — величина дискреты, j=l, 2,...,n. Тогда .на выходе умножителя

3 получают напряжение x(t) y(t), на выходе умножителя 3 -х(t)у +

Перепад напряжения на выходе блока 9, вызывает срабатывание соот-. ветствующего триггера 10,, на выходе которого появляется единичное напряжение, действующее в течение всего, такта до прихода следующего сбрасывающего импульса с первого вькода генератора 7. Если при появлении следующего тактового импульса сдвиг ) ., 50 ори котором имеется ваКс fk(j )j, ие меняется, то вновь срабатывает триггер 10, В противном случае срабатывает триггер того канала, напряже-. ние оценки функции взаимной корреляции которого наибольшее. Выход каждого триггера 10 -10„ подсоединен к входу соответствующего масштабного усилителя 11,-11„. На входе каждого з

144998

+(j-1)Я, на выходе,умнажителя 3„x(t) у(с+(п-1)™,) . Эти напряжения усредняются далее в соответствующих усреднителях 4 -4„. В результате согласно выражению (1) получают оценки взаимокорреляционной функции R(p), R(c ),...,й(()-1)С )... R((n-l)о ) °

Среди оценок ФВК, имеется оценка с наибольшим значением make/%() )) при !О ,некотором сдвиге ),. Блок 6 определения максимального напряжения на своем виходе выдает значение наибольшей оценки, которое поступает на объединенные вторые входы блоков 91-9„15 сравнения, Генератор 7 тактовых импульсов вырабатывает в каждый такт на первом выходе импульс "Сброс", поступающий на объединенные входы сброса всех триггеров 101-10„. 20

По окончании импульса сброса на втором выходе генератора 7 появляется тактовый импульс, поступающий на объединенные входы всех ключей 8,-8р,.

В момент действия тактового импульса 25 напряжение с входов ключей 8, -8„ поступает на их вькоды, а значит на первые входы соответствующих блоков

9,-9„ сравнения. В результате в каждом блоке 9, -9 „ сравнения происхо- 30 дит сравнение каждой оценки функции взаимной корреляции с наибольшей ша!басф() )) . В блоке 9, сравнения

5-1 на первом и втором входах оказываются равными. Поэтому на его выходе появляется перепад напряжения (или импульс). На выходах остальных блоков сравнения перепады напряжения не появляются ввиду неравенства напряжений на первом и втором входах.. 40

4 усилителя 11, -11„действует либо нулевое, либо единичное напряжение. Напряжение на выходе каждого усилителя в случае единичного напряжения пропорционально номеру канала.) и величине временного сдвига j . В случае нулевого входного напряжения выходное напряжение каждого усилителя 1! -11 равно нулю. Таким образом, на выходе сумматора !2 в каждый такт работы устройства действует напряжение, пропорциональное величине временного сдвига Kjc, при котором оценка функции взаимной корреляции имеет наибольшее значение make Ð(), )) . Напряжение, пРопоРциональное Kj р, с выхода сумматора 12 поступает на первый элемент m-1 последозательно соединенных элементов 13, -13, задержки.

Время задержки в каждом элементе

13,-13, равно длительности такта.

Таким образом, на выходе каждого элемента 13,-13,р,, задержки получаем напряжения U Ц,..., Ц;,...,U с вькода сумматора 12 в предшествующие моменты времени t,, t <,..., t;,...;t,„, где t р, — текущий момент времени, в который получаем напряжение на выходе сумматора 12. В силу случайной природы напряжений x(t) и y(t) временной сдв иг ) „р при ко тором имеем make pR(j i, )), является также величиной случайной. Следовательно, величины напряжений, пропорциональные

Kj с, на выходах элементов 13, -! 3„,, задержки являются случайными величинами. По этому о ценка сдвига положения максимума функции взаимной корреляции на прошедшем интервале (t,, t<,..., t;,...,t } приводит к задаче регрессии с линейной зависимостью вида

U=at+Pt ) (2) где ос и — коэффициенты регресии, подлежащие оценке.

Известны соотношения для наилучших оценок коэффициентов регрессии л — ..Ц е рр п

mKt; U; — +t;ZU; (3)

Выражение (3) определяет структуру соединения блоков для получения л наилучших оценок ы и р. Цля получения л оценки ос. напряжения с выходов всех элементов 13,-13, задержки, а также с выхода сумматора 12 подают на соот1449987 ветствующие входы первого m-входового сумматора 15, на выходе которого после масштабирования на величину

1 л получают оценку оС,. Для получения

m л оценки Р напряжение с выхода каждого элемента 13,-13, задержки и выхода сумматора 12 необходимо умножить на величину tl, что производится в соот, ветствующих масштабных усилителях (14, -14„,. Затем величины t; ° U; склады ваются во втором m-выходном сумматоре 16, на выходе которого после масштабирования получают величину м л

mQ t U;. Напряжение оценки < с вы-.

° =f ходи первого m-входного сумматора 15, поступает на масштабный усилитель 17 с коэффициентом умножения, равным гл

1, m 1 . В результате на выходе усили1 I Ф!! М! теля 17 получаем величину, С»- Х

qr-! =!

Сигналы с выходов сумматора 16 и уси,лителя 17 поступают на первый и второй входы вычитателя 19, на выходе которого получаем величину !!! !Ъ! i!I

m t;U; — Qt KU;.

1=!. qа 1=1

Вьмодное напряжение вычитателя 19 поступает на. усилитель 18, где оно умножается на коэффициент ! т!

1:(m +t,— + t,) ), з=! !=!

В результате на выходе усилителя

18 получаем, согласно выражению (3), л напряжение оценки . Напряжение оцен-! ки поступает на один вход дополнительного умножителя 22, на другой вход которого поступает напряжение, отображающее интервал времени, на который предсказывает сдвиг максимума функции взаимной корреляции с выхода генератора 20 линейно нарастающего напряжения. Причем генератор

20 запускается импульсом, задержанным в элемент 21 задержки на интер- вал, с второго выхода генератора

7 тактовых импульсов. Выходное напряжение генератора 20 линейно возрастает за интервал такта от минимального t до максимального напряжения на который предскаэывае! сдвиг !!! масимума ФВК. Тогда на выходе умноА жителя 22 получаем напряжение p t, где t изменяется от t „ до t„ эа инЙ! тервал такта. Это напряжение поступает на один вход сумматора ?3, на другой вход которого поступает напряжел ние оценки С . Б результате на выходе сумматора 23 получаем напряжение л

Н„Ы +Pt, (4) где t изменяется от t до t p.

Напряжение (4) пропорционально предскаэываемому сдвигу максимума функции взаимной корреляции двух случайных процессов на интервал от t до t â каждом такте работы коррелометра.

Формула изобретения

Коррелометр, содержащий и усреднителей, входы которых подключены к выходам соответствующих умножите-, лей, входы множимого которых объеди.нены и являются первым информационным входом коррелометра, входы множителя умножителей, кроме первого, соединены с выходами и-1 последователь25 но соединенных элементов задержки первой группы, вход множителя первого умножителя объединен с входом первого элемента задержки первой группы и является вторым информационным входом

З0 коррелометра, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет предсказания сдвига максимума функции взаимной корреляции, в него введены блок определения максимального напряжения, генератор тактовьм импульсов, и ключей, и блоков сравнения, п триггеров, и масштабных усилителей первой группы, и-входовый

40 сумматор, m-1 последовательно соединенных элементов задержки второй группы, m+2 масштабных усилителей второй группы, два m-входовых сумматора, дополнительный умножитель, вы4> читатель, сумматор, дополнительный элемент задержки и генератор линейно нарастающего напряжений, при этом выходы усреднителей подключены к информационным входам соответствующих ключей и к входам блока определения максимального напряжения, выход которого соединен с первыми входами блоков сравнения, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ключей, выходы блоков сравнения соединены с входами установки в "1" соответствующих триггеров, входы установки в "0" которых объединены и подключены к первому выходу генератора!

449987 8 теля, вход которого объединен с входом первого слагаемого сумматора и соединен с выходом первого m-вхо" дового сумматора, управляющие входы ключей объединены с входом дополни" тельного элемента задержки и подключены к второму выходу генератора тактовых импульсов, выход дополнительного элемента задержки через генератор линейно нарастающеro напряжения соединен с входом множителя дополнительного умножителя, вход множимого которого подключен к выхо-ду (ш+2)-го масштабного усилителя, вход которого соединен с выходом вычитателя, выход дополнительного умножителя подключен к входу второго слагаемого сумматора, выход которого является информационным выходом коррелометра. тактовых импульсов, прямые выходы триггеров через соответствующие масштабные усилители первой группы соединены с входами и-входового суммато5 ра, выход которого подключен к входу первого элемента задержки второй— группы, к входу первого масштабного усилителя второй группы и к первому входу первого m-входового сумматора, 10 другие (m-!)-e входы которого объединены соответственно с входами (щ-!)-х масштабных усилителей второй группы и соединены с выходами соответствующих элементов задержки второй груп- 15 пы, выходы m масштабных усилителей второй группы подключены соответственно к входам второго m-входового сумматора, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычитателя, Zo вход вычитаемого которого подключен к выходу (m+!)-го масштабного усили-

Составитель Л. Григорьян-Чтенц

Редактор В. Данко Техред М.Дидык Корректор М. Васильева

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

, Заказ 6967/48 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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