Автокоррелятор

 

Изобретение относится к технике измерения характеристик случайных процессов и предназначено для определения автокорреляционных функций (АКФ) текущих стационарных процессов. Целью изобретения является повышение точности. В автокорреляторе реализуется алгоритм оценки АКФ с экспоненциальным сглаживанием. Автокоррелятор содержит генератор импульсов, аналого-цифровой преобразователь, блоки памяти, формирователи импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчики, делитель частоты на три, триггеры, сумматоры, блоки умножения, блоки вычитания, регистры, элементы задержки, накапливающие сумматоры. 1 ил.

г

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ f61 44 щ) 5 G 06 F 13/336

Ф

Г

l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4621205/24 (22) 19. 12. 89 (46) 30. 12.90. Бюл. М - 48 (71) Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева (72) В.Н.Белолипецкий и В.В.Сбродов (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N9 9688 19, кл. G 06 F 15/336, 1981. (54) АВТОКОРРЕЛЯТОР (57) Изобретение относится к технике измерения характеристик с учайных. процессов и предназначено для определения автокорреляционных функций

Изобретение относится к технике измерения характеристик случайных процессов и предназначено для определения автокорреляционных функций текущих стационарных процессов.

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже приведена схема предлагаемого автокоррелятора.

Автокоррелятор содержит генератор

1 импульсов, аналого-цифровой пре образователь (АЦП) 2,блок 3 памяти на 3 ячеек, первый 4 и второй 5 формйрователи импульсов, и элементов

И 6 первой и и элементов И 7 второй групп, и элементов ИЛИ 8, (n-1) счетчиков 9, делитель 10 частоты на три, и триггеров 11, и блоков 12 памяти группы, и сумматоров 13, (и+1) блоков 14 умножения, (и+1) блоков 15 вычитания, (и+1).регистров 16 второй

2 (АКФ) текущих стационарных процессов;:

Целью изобретения является повышение точности. В автокорреляторе реализуется алгоритм оценки АКФ с экспоненциальным сглаживанием. Автокоррелятор содержит генератор импульсов, аналого-цифровой преобразователь, блоки памяти, формирователи импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчики, делитель частоты на три, триггеры 11, сумматоры, блоки умножения, блоки вычитания, регистры, элементы задержки, накапливающие сумматоры. 1 ил. группы, (и+1) дополнительных счетчиков 17, (и+1) регистров 18 первой группы, (n+1) элементов 19 задержки и (и+1) накапливающих сумматоров 20.

Лвтокоррелятор реализует алгоритм оценивания корреляционной функции (КФ) с экспоненциальным логарифмическим сглаживанием. Вид алгоритма определяется функциональным преобразованием над отсчетами сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы блок 3 памяти, блоки 12 памяти, триггеры 11, счетчики 9, регистры 18 и накапливающие сумматоры 20 обнулены. В 1-х регистрах 16 и счетчиках 17 занесен код, предназначенный для логарифмирования числа импульсов в системе счисления, в которой работает устройство. Для двоичной системы счисления это код

1617447 111...1, где m — разрядность регнстhl ров 16. В нулевом регистре 16 — код

111...О. АЦП 2 осуществляет днскреTA 5 тиэацию во времени входного сигнала или его знака по передним фронтам прямоугольных сч) хросигналов тактовой частоты генератора 1 импульсов, по которым осуществляется прием дискретизированного входного сигнала в первую ячейку блока 3 памяти и сдвиг содержимого ячеек блока 3 памяти. Формирователи 4 и 5 импульсов формируют короткие импульсы по передним фрон- 15 там каждого второго тактового синхроимпульса начиная соответственно с первого и второго тактового синхросигнала, Таким образом осуществляется выработка серий коротких синхро- 20 импульсов половинной частоты тактового синхросигнала, сдвинутых друг относительно друга на 180 . С приход дом первого переднего фронта первого. синхросигнала генератора 1 импульсов 25 происходит прием первого дискретизированного сигнала в первую ячейку блока 3 памяти, и начинает работать первый блок 14 умножения, первый блок

15 вычитания, первый регистр 18 и первый накапливающий сумматор 20, в которых происходит накопление суммы квадратов отсчетов входного сигнала

l

int (1о8 1) 4 )> (1) где К„(0) = О.

Если используется вариант алгоритма оценки КФ релейный, полярный и др,. то соответствующее функциональное преобразование может быть выполнено перед умножением в блоке 14.

Цикл работы при этом повторяется с приходом каждого последующего син- 45 хроимпульса. С приходом переднего фронта третьего синхроимпульса первый раз срабатывает делитель 10 частоты на три и его выходной сигнал через первый элемент И 7 второй группы, открытый единичным сигналом с инверсного выхода первого триггера

11, и через первый элемент ИЛИ 8 поступает на вход записи второго блока

12 памяти, который осуществляет прием трех отсчетов процесса или их знаков, находящихся в его первых ячейках. Этот же сигнал с выхода пе,.вого элемента ИЛИ 8 переключает триггер 11 в единичное состояние, запирая первый элемент И 7 второй группы и открывая первый элемент И 6 первой группы. Так как на прохождение синхроимпульса через элемент И 7 и элемент ИЛИ 8 и срабатывание триггера 11 требуется определенное время, то короткий импульс с выхода первого формирователя 4 импульсов, сформированный по переднему фронту третьего синхросигнала генератора

1 импульсов, не успевает пройти через первый элемент И 6 первой группы, Следующий короткий импульс формируется через два синхроимпульса генератора 1 импульсов.

За это время в первом сумматоре

13 формируется сумма

f(x,) + Е(хЪ), (2) д в первом блоке 14 — произведение (((х, ) + ((х))) т (х а!, (2) в блоке 15 вычитания — разность (f(x,) + ((хь))((рхз) — Кз(1), (4)

)(0 где К (1) = О (в начальный момент работы устройства).

Первый синхроимпульс, пришедший с выхода первого элемента И 6 первой группы, разрешает запись содержимого второго блока 15 вычитания в регистр

18. Через время задержки, достаточное для срабатывания регистров 18 и

16 и счетчика 17, этот же синхроимпульс разрешает накопление содержимого регистра 16 в накапливающем сумматоре 20. Сигнал с выхода первого элемента И 6 первой группы поступает также через первый элемент ИЛИ

8 на вход записи блока 12 буферной памяти, разрешаг, прием следующих отсчетов в этот блок 12 буферной памяти. Цикл работы первого канала коррелятора повторяется через каждые два синхроимпульса генератора 1 импульсов.

С приходом переднего фронта 3 -го синхросигнала тактовой частоты j-й раз срабатывает делитель 10 частоты на три и его выходной сигнал через

j-й элемент И 7 второй группы, открытый единичный сигналом с инверсного выхода j-ro триггера 11, и через j-й элемент ИЛИ 8 поступает на счетный вход соответствующего счетчика 9 с коэффициентом пересчета

Так как до этого на вход этого счет1б

17447 о регистра 15 в j-накапливающем c,ó"м(..(торе 20 °

С приходом каждого 1-го синхроим5 пульса (i =- 1+j) с выхода j-ro элемента И 6 первой группы в j é накапливающий сумматор 20 заносится промежуточное преобразование в соответствии с выражением:

10 чика 9 пришло (j — 1) импульсов, то после прихода j-го импульса на выходе переполнения этого счетчика 9 вырабатывается сигнал, который посту

1 пает на вход записи j-ro блока 12 памяти, который осуществляет прием

3j отсчетов процесса или их знаков, находящихся в первых 3> ячейках блока 3 памяти, Этот же сигнал с выхода переполнения счетчика 9 с коэЫ)ици ентом пересчета 1 переключает 1-й триггер 11 в единичное состояние, запирая j-й элемент И 7 второй группы и открывая j-й элемент И 6 первой группы. Если j — нечетное число, то первый вход j-ro элемента И 6 первой группы подключен к выходу первого формирователя 4 импульсов. В этом случае с приходом 3j-ro синхросигнала на первый вход j-го элемента И 7 второй группы на первый вход j-ro элемента И 6 первой группы приходит (3j+1)/2-й импульс первого формирователя 4 импульсов. Однако, так K 1K на прохождение 3j-го синхроимлульса через j-й элемент И 7 второй группы и j-й элемент ИЛИ 8 и срабатывание

j-го управляющего триггера 11 требуется определенное время, короткий (3j+1)/2-й импульс с выхода первого формирователя 4 импульсов не успевает пройти через j-й элемент И 6 первой группы. Следующий короткий импульс на выходе первого формирователя

4 импульсов вырабатывается через два тактовых синхросигнала.

3а это время в j-м сумматоре 13 формируется сумма й(х,) + f (õ,g) (5) в j ì блоке 14 — произведение

2 (8) l5 (й(х,) + й(х +,)) й(х, ), (6) в 1-м блоке 15 вычитания — разность (f(x,) + f (х, „))((х„„)-к „(j), (i), о

rpe K>(j) = 0 (в начальный момент времейи работы устройства) .

Первый синхроимлульс, прошедший с выхода j-го элемента И 6 первой группы разрешает запись содержимого

j-ro блока 15 вычитания в j-й регистр

18. Через время задержки, достаточное для срабатывания регистра 18 и 16 и счетчика 17, этот же синхроимпульс разрешает накопление содержимого j-го

Пикл работы j-ro канала автокоррелятора повторяется через j синхроимпульсов, пришедших с выхода первого формирователя 4 импульсов через

1-й элемент Иб первой группы. После этого (с приходом (j+1)-ro синхроимпульса с выхода j-го элемента И 6 первой группы в j é блок 12 памяти .принимаются следующие 3j отсчетов входного процесса, сдвинутых тактовыми синхросигналами в блоке 3 памяти на 21 ячеек памяти, С приходом

j-го тактового синхросигнала на выходе j-го накапливающего сумматора 20

30 формируется оценка КФ входного процесса.

В случае, если j — четное, работа

j ãо канала автокоррелятора аналогична рассмотренному с той разницей, 35 что на первый вход элемента И 6 первой группы приходят с выхода второго формирователя 5 импульсов.

Вспомогательные j--е регистр 16 и счетчик 17 осуществляют логарифмиро40 ванне числа импульсов, приходящих с выхода j-го элемента И 6 первой группы, соответствующих числу усредняемых пар произведений отсчетов процессов по основаншо 8(8 = 2) и сдвиг

45 содержимого j-го регистра 18 на величину int(lop 2 M ) . Это происходит следующим образом. Перед началом работы в j-х регистре 16 и счетчике 17 находится код 111...1. С приходом

50 первого синхроимпульса на счетный вхец j-го счетчика 17, соответствующего моменту формирования лары сомножителей (6), на его выходе переполнения появляется сигнал, который

55 сдвигает содержимое 1-го регистра 18 на один разряд вправо (что соответствует делению выражения (7) на два), Этот же сигнал поступает на вход за1617447 писи этого же счетчика 17 и записывает в него содеряс<мое j-ro регистра

16, т.е. код 11...10, а потом сдвигает содержимое этого регистра 16

5 на один разряд влево, образуя код

11...10. С приходом второго синхроимпульса на вход j-го счетчика 17 он снова формируя- сигнал на своем выходе переполнения, сдвигает содержимое j-го регистра 18 вправо на один разряд (что соответствует делению на 4), принимает код 11...10 из

j-ro регистра 16 и сдвигает содержимое этого регистра 16, образуя код !

11...100, И тай. далее до конца работы.

Первые вспомогательные регистр 16 и счетчик 17 работают аналогично с той разницей, что счетчик 17 пересчитывает каждый тактовый импульс ге- 20 нератора 1 импульсон.

С приходом последнего N-ro тактоного синхроимпульса на выходах накапливающих сумматоров 20 сформированы оценки авто-КФ входного процес- 25

Ф 0 са. Причем при f(x;) signx;, т.е, знаковой функции отсчета процесса, на выходе образуются оценКи полярной авто-КФ. В этом случае принципиальная схема существенно упрощается.

Кроме этого, в отличие от прототипа предлагаемый автокоррелятор позволяет устранить методическую погрешность усреднения оценки КФ входного процесса особенно при большом числе ординат КФ.

Формула изобретения

Автокоррелятор, содержащий аналого-40 циФровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом автокоррелятора, генератор импульсов, блок памяти, группу из п (n — число отсчетов корреляцион- .

45 ной функции) блоков памяти, и сумматоров и-1 счетчиков, п триггерон, и элементов ИЛИ,п элементов И первой группы, п элементов И второй группы, n+1 блоков умножения, и+1 накаплива- 5О ющих сумматоров, делитель частоты на

l три, первый формирователь импульсов, причем информационный вход блока памяти соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя j-й информаУ

$5 ционный вход (i =1,..., 3j)j-ro (j = 1,...,n) блока памяти группы соединен с i-м выходом блока памяти, первый выход которого соединен с первым и вторым входами первого блока умножения, вход разрешения записи первого блока памяти группы и информационный вход первого триггера соединены с выходом первого элемента

ИЛИ, выходы j-x элементов И первой и второй групп соединены соответственно с первым и вторым входами j-ro элемента ИЛИ, выход генератора импульсов подключен к тактовым входам ан,".— лого-цифрового преобразователя и блока памяти, через первый формирователь импульсов к первому входу (2k-1)-го

n+1,,(k = 1,2,..., ) элемента И первой группы и через делитель частоты на три — к первым входам элементов И второй группы, выход 1-ro (1 = 2,..., n) элемента ИЛИ соединен со счетным входом (1-1)-ro счетчика, выход переполнения которого соединен с входом разрешения записи 1-го блока памяти группы и информационным входом 1-го триггера, прямой и инверсный выходы

j-го триггера соединены с вторыми входами j-ro элемента И соответственно первой и второй групп, вход управления считыванием j-го блока памяти группы соединен с выходом j-ro элемента И первой группы, первый, (2j+1)-й и (j+1) и выходы j-ro блока памяти группы соединены соответственно с первым, вторым входами j-го сумматора и первым входом j-ro блока умножения, второй вход которого. соединен с выходом j-ro сумматора, выход m-ro (m = 1...,n+1) накапливаю( щего сумматора является m-м выходом антокоррелятора, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точ ности, в него дополнительно введены второй формиронатель импульсов, и+1 регистров первой группы, и+1 дополнительных счетчиков, и+1 блоков вычитания, п+1 регистров второй группы и

n+1 элементов задержки, причем выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого дополнительного счетчика, входом разрешения записи регистра первой группы, через первый элемент задержки — с синхровходом первого накапливающего сумматора, а через второй формирователь импульсов— с первым входом 2k-го элемента И первой группы, выход j-ro элемента И первой группы подключен к счетному входу (j+1)-ro дополнительного счетчика, входу разрешения записи (j+1)—

Составитель В. Орлов

Техред Л. Олиинык Корректор Л.Пилипенко

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 4119 Тираж 567 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

9 161 го регистра первой группы и через (j+1) é элемент задержки — к синхровходу ()+1)-го накапливающего сумматора, выход m-га накапливающего сумматора соединен с входом вычитаемпго тп — го блока вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом m-го блока умножения, а выход — с информационным входом m-го регистра первой группы, сдвиговый вход которого соединен со сдвиговым входом m-го

7447 10 регистра второй группы, входом разрешения начальной установки тп-ro до полнительного счетчика и выходом переполнения m-го дополнительного

5 сче:чика, вход задания начального состояния которого соединен с выходом

m-ro регистра второй группы, информационный вход m-го накапливающего сумматора соединен с выходом m-горегистра первой группы.