Корреляционный измеритель временных сдвигов



Корреляционный измеритель временных сдвигов
Корреляционный измеритель временных сдвигов

 


Владельцы патента RU 2445690:

Жуков Александр Олегович (RU)

Изобретение относится к специализированным средствам обработки сигналов и может быть использовано при построении систем извлечения координатно-временной информации, принцип действия которых основан на определении временного сдвига между принимаемыми сигналами. Технический результат заключается в аппаратурном упрощении корреляционного измерителя. Измеритель реализует метод определения корреляционной функции парными некоррелированными выборками и содержит входной аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, регистр, дешифратор, перемножитель, группу накапливающих сумматоров, блок поиска экстремума и блок управления. 2 ил.

 

Изобретение относится к специализированным средствам обработки сигналов и может быть использовано при построении систем извлечения координатно-временной информации, принцип действия которых основан на определении временного сдвига между принимаемыми сигналами.

Известен корреляционный измеритель временных сдвигов, содержащий два коррелятора, блок вычитания, блок регулируемой задержки, блок постоянной задержки, усилитель и два управляемых фильтра, причем выходы первого и второго корреляторов соединены с соответствующими входами блока вычитания, выход которого через усилитель соединен с управляющим входом блока регулируемой задержки, выход которого непосредственно и через блок постоянной задержки соответственно соединен с первыми входами первого и второго корреляторов, вторые входы которых соединены с выходом первого управляемого фильтра, выход второго управляемого фильтра соединен с информационным входом блока регулируемой задержки, информационные входы первого и второго управляемых фильтров являются соответственно первым и вторым входами устройства, управляющие входы первого и второго управляемых фильтров объединены и подключены к выходу усилителя [авт.св. СССР №1101837. Опубл. в БИ №25, 1984 г.].

Недостатком корреляционного измерителя является большой аппаратурный объем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому корреляционному измерителю является корреляционный измеритель временных сдвигов, содержащий аналого-цифровой преобразователь, регистр, перемножитель, группу k накапливающих сумматоров, мультиплексор, два демультиплексора, блок поиска экстремума и блок управления, выход мультиплексора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к информационному входу первого демультиплексора, первый выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого соединен с первым входом перемножителя, второй вход перемножителя соединен с вторым выходом первого демультиплексора, выход перемножителя соединен с информационным входом второго демультиплексора, k выходов которого соединены с информационными входами соответствующих k накапливающих сумматоров, выходы которых соединены с соответствующими k информационными входами блока поиска экстремума, выход которого является выходом измерителя, информационными входами измерителя являются соответственно первый и второй информационный входы мультиплексора, адресный вход которого объединен с адресным входом первого демультиплексора и подключен к первому адресному выходу блока управления, второй адресный выход которого соединен с адресным входом второго демультиплексора, первый, второй и третий тактовые выходы блока управления соединены с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, регистра и накапливающих сумматоров соответственно, входы обнуления накапливающих сумматоров объединены с обнуляющим входом блока поиска экстремума и подключены к обнуляющему выходу блока управления, управляющий выход которого соединен с запускающим входом блока поиска экстремума, входами запуска и обнуления корреляционного измерителя являются соответствующие входы блока управления, выход регистра соединен с первым входом перемножителя [патент РФ №2229157. Опубл. в БИ №14, 2004 г.].

Недостатком прототипа является сложность его реализации, что особенно проявляется при работе с многоразрядными операндами, для пересылки которых в прототипе используются многоканальные многоразрядные демультиплексоры.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в упрощении корреляционного измерителя за счет исключения из его состава демультиплексоров.

Технический результат достигается тем, что в известный корреляционный измеритель временных сдвигов, содержащий мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, регистр, перемножитель, группу k накапливающих сумматоров, блок поиска экстремума и блок управления, выход мультиплексора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход регистра соединен с первым входом перемножителя, выходы k накапливающих сумматоров соединены с соответствующими k информационными входами блока поиска экстремума, выход которого является выходом измерителя, информационными входами измерителя являются соответственно первый и второй информационный входы мультиплексора, адресный вход которого подключен к первому адресному выходу блока управления, первый, второй и третий тактовые выходы блока управления соединены с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, регистра и накапливающих сумматоров соответственно, входы обнуления накапливающих сумматоров объединены с обнуляющим входом блока поиска экстремума и подключены к обнуляющему выходу блока управления, управляющий выход которого соединен с запускающим входом блока поиска экстремума, входами запуска и обнуления корреляционного измерителя являются соответствующие входы блока управления, согласно изобретению введен дешифратор, информационный вход которого соединен с вторым адресным выходом блока управления, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом регистра, второй вход перемножителя объединен с информационным входом регистра, выход перемножителя соединен с объединенными информационными входами k накапливающих сумматоров, разрешающие входы которых соединены с соответствующими k выходами дешифратора.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.

На фиг.1 показана функциональная схема корреляционного измерителя временных сдвигов; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу блока 8 управления.

Функциональная схема корреляционного измерителя (фиг.1) содержит входной аналоговый мультиплексор 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, регистр 3, перемножитель 4, дешифратор 5, группу 6 k накапливающих сумматоров, блок 7 поиска экстремума и блок 8 управления. Выход мультиплексора 1 подключен к информационному входу АЦП 2, выход которого подключен к информационному входу регистра 3, выход которого соединен с первым входом перемножителя 4, второй вход которого объединен с информационным входом регистра 3, выход перемножителя 4 соединен с объединенными информационными входами k накапливающих сумматоров 6, k выходов дешифратора 5 соединены с разрешающими входами соответствующих накапливающих сумматоров группы 6, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами блока 7 поиска экстремума, выход которого является выходом измерителя, входами Х и Y измерителя являются соответственно первый и второй информационный входы мультиплексора 1, адресный вход которого подключен к адресному выходу А1 блока 8 управления, адресный выход А2 которого соединен с информационным входом дешифратора 5, тактовые входы CLK1, CLK2 и CLK3 блока 8 управления соединены с тактовыми входами АЦП 2, регистра 3 и накапливающих сумматоров 6 соответственно, входы обнуления сумматоров группы 6 объединены с обнуляющим входом блока 7 и подключены к выходу RST1 обнуления блока 8 управления, управляющий выход CO1 которого соединен с запускающим входом блока 7 поиска экстремума, входами управления СО и обнуления RST корреляционного измерителя являются соответствующие входы блока 8 управления.

Временные диаграммы по фиг.2 относятся к частному случаю k=3 и содержат адресные импульсы А1 (фиг.2а) на первом адресном выходе блока 8; тактовые импульсы CLK1 (фиг.2б) на первом тактовом выходе блока 8; тактовые импульсы CLK2 (фиг.2в) на втором тактовом выходе блока 8; тактовые импульсы CLK3 (фиг.2г) на третьем тактовом выходе блока 8; текущий адресный код А2 (фиг.2д) на втором адресном выходе блока 8.

Работает корреляционный измеритель следующим образом.

Перед началом запуска блок 8 управления (фиг.1) обнуляют подачей импульса на вход RST, переводя таким образом блок в режим ожидания запускающего импульса. Запуск корреляционного измерителя производится путем подачи на вход СО запускающего импульса, после чего блок 8 управления начинает подачу тактовых импульсов CLK1, CLK2 и CLK3 (фиг.2б, в, г) на тактовые входы АЦП 2, буферного регистра 3 и накапливающих сумматоров 6 соответственно. В первоначальный момент времени ti, например в момент t0, на вход регистра 3 поступает отсчет сигнала x(t), то есть x(t0). Это задается подачей логической единицы на адресный вход мультиплексора 1 (фиг.2а), который коммутирует на вход АЦП 2 сигнал x(t). Для записи указанного отсчета в регистр используется тактовый импульс последовательности CLK2, после чего на входах перемножителя 4 появляется отсчет x(t0), в результате чего временно, в течение одного тактового интервала, на выходе перемножителя 4 имеем квадрат указанной величины - x2(t0). Однако полученное значение в вычислениях не участвует. Далее на адресный вход мультиплексора 1 с блока 8 управления подается команда (низкий логический уровень), переключающая мультиплексор 1 в другой режим коммутации, а именно на вход АЦП 2 коммутируется уже сигнал y(t), а с выхода АЦП 2 сигнал направляется на второй вход перемножителя 4, на первом входе которого уже присутствует отсчет x(t0), хранящийся в регистре 3. При этом запись нового значения в регистр 3 не происходит, так как процесс записи возможен только при наличии тактового импульса CLK2, который в свою очередь формируется только при коммутации отсчета сигнала x(t). Учитывая, что тактирование АЦП 2 происходит с интервалом At, на выходе АЦП 2 имеем выборку y(t0+Δt). Таким образом, моменту времени t0+Δt соответствует появление на выходе перемножителя 4 произведения x(t0)y(t0+Δt), которое направляется на информационный вход накапливающего сумматора 6-1. АЦП 2 оцифровывает значения сигнала y(t) в течение цикла. K раз и, следовательно, на выходе перемножителя 4 в течение цикла формируется K произведений вида

x(t0)y(t0+kΔt), k=1, 2,… K.

Каждое из указанных произведений направляется в соответствующий канальный накапливающий сумматор из группы 6 по правилу: k-e произведение в k-й сумматор. Для коммутации результатов перемножений выборок используется дешифратор 6, управляемый адресным кодом (фиг.2д), поступающим с выхода А2 блока 8 управления. Дешифратор подает разрешающие импульсы на соответствующие сумматоры группы 6 таким образом, что при наличии k-го произведения разрешается работа k-го сумматора. По окончании цикла, после последнего (k+1)-го тактового импульса цикла, на адресном входе мультиплексора 1 вновь устанавливается уровень логической единицы, в результате чего на вход АЦП 2 подается сигнал x(t), а с выхода АЦП 2 очередной отсчет x(ti+1), в нашем примере x(t1), на вход буферного регистра 3, где он хранится в течение всего цикла вычислений. Также, как и в предыдущем цикле, в настоящем цикле происходит формирование отсчетов y(t1+kΔt), в нашем примере y(ti+kΔt), которые после умножения на x(t1) распределяются по сумматорам группы 6, в каждом из которых происходит суммирование с находящимся там ранее полученным результатом.

Блок 7 поиска экстремума осуществляет поиск наибольшей суммы, по которой и выносится решение о положении ординаты взаимокорреляционной функции R(τ) с наибольшим значением, то есть определяющей положение пика функции R(τ). Конечный же результат, искомое время задержки, оценка τ* вычисляется с дискретом Δt по формуле:

τ*(k, Δt)=kΔt,

где k - порядковый номер канального сумматора группы 6, в котором зафиксирована наибольшая сумма.

Показанные на схеме (фиг.1) сигнальные связи в цепи АЦП 2 - регистр 3 - перемножитель 4 - группа сумматоров 6 - блок 7 должны быть реализованы в виде многоразрядных шин (на схеме по фиг.1 связи показаны условно в виде однолинейных цепей без указания разрядности).

Блок 7 поиска экстремума и блок 8 управления идентичны использованным в прототипе [патент РФ №2229157. Опубл. в БИ №14, 2004 г.]. Подчеркнем, что корректное управление измерителем предполагает обнуление перед началом измерений накапливающих сумматоров 6 и блока 7. Сигнал обнуления поступает с выхода RST1 блока 8 управления одновременно с подачей на вход RST блока 8 внешнего импульса обнуления. В простейшем случае это обеспечивается непосредственной связью выхода RST1 блока 8 с его входом RST.

Относительно подключения выходов дешифратора 5 заметим следующее. В связи с особенностями формирования адресного кода (фиг.2д) при использовании дешифратора с традиционной последовательной адресацией необходимо к первому каналу (сумматору 6-1) подключать выход дешифратора, активизируемый по адресу, соответствующему двоичному коду числа «2», ко второму каналу (сумматору 6-2) - выход, соответствующий двоичному коду числа «3» и т.д. по возрастающей, а последний канал, в нашем случае третий, должен соответствовать адресному коду нуля. В итоге перебор каналов с полезной информацией в самом дешифраторе будет начинаться со второго, а заканчиваться нулевым. Адрес, по которому вызывается первый выходной канал дешифратора, не используется, так как согласно последовательности выполнения операций перемножения отсчетов в циклах в этот тактовый интервал (нулевой тактовый интервал) происходит лишь подготовка множителя для вычислений в течение цикла.

Накапливающие сумматоры группы 6 реализуются по известной схеме, содержащей сумматор и регистр, охваченные обратной связью, см., например [Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. - М.: Мир, 2001, стр.150, рис.4.24]. Разрешающий вход в сумматоре можно организовать при помощи дополнительного элемента 2И, выход которого подключают к тактовому входу регистра накапливающего сумматора, при этом первый вход элемента 2И будет выполнять функции тактового входа накапливающего сумматора, а второй вход - функции разрешающего входа.

В заявленном измерителе, в отличие от прототипа, отсутствуют многоканальные демультиплексоры, предназначенные для коммутации многоразрядных цифровых данных. При этом пересылка многоразрядного цифрового кода с выхода перемножителя 4 на информационные входы накапливающих сумматоров 6 осуществляется по одной информационной шине (фиг.1), к которой подключены все сумматоры (фактически процесс коммутации заменен на процесс выдачи сигналов, разрешающих прием результатов перемножений). Что же касается наличия в схеме дешифратора 5, которого нет в прототипе, то он как цифровое устройство значительно проще многоразрядного демультиплексора, не содержит многоразрядных выходов и предназначен всего лишь для формирования управляющих сигналов на k одноразрядных выходах дешифратора.

Корреляционный измеритель временных сдвигов, содержащий мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, регистр, перемножитель, группу k накапливающих сумматоров, блок поиска экстремума и блок управления, выход мультиплексора подключен к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, выход регистра соединен с первым входом перемножителя, выходы k накапливающих сумматоров соединены с соответствующими k информационными входами блока поиска экстремума, выход которого является выходом измерителя, информационными входами измерителя являются соответственно первый и второй информационный входы мультиплексора, адресный вход которого подключен к первому адресному выходу блока управления, первый, второй и третий тактовые выходы блока управления соединены с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, регистра и накапливающих сумматоров соответственно, входы обнуления накапливающих сумматоров объединены с обнуляющим входом блока поиска экстремума и подключены к обнуляющему выходу блока управления, управляющий выход которого соединен с запускающим входом блока поиска экстремума, входами запуска и обнуления корреляционного измерителя являются соответствующие входы блока управления, отличающийся тем, что в него введен дешифратор, информационный вход которого соединен с вторым адресным выходом блока управления, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом регистра, второй вход перемножителя объединен с информационным входом регистра, выход перемножителя соединен с объединенными информационными входами k накапливающих сумматоров, разрешающие входы, которых соединены с соответствующими k выходами дешифратора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсниками в исходный случайный сигнал с нормальным распределением.

Изобретение относится к устройствам оптимального приема псевдошумовых сигналов с помощью согласованных фильтров. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для алгоритмического диагностирования и компенсации срыва процесса автоматического сопровождения объекта телевизионным следящим устройством корреляционного типа.

Изобретение относится к области технологий компьютерного тестирования при обучении и подготовке специалистов для различных отраслей знаний и специальностей в условиях, когда обучающийся и обучающий лишены возможности прямого контакта.

Изобретение относится к области радиотехники и может применяться для обнаружения сложных сигналов в тех радиотехнических системах, в которых нет возможности быстро изменять фазу сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области оптимального приема псевдошумовых сигналов. .

Изобретение относится к области навигационной техники и может быть использовано для создания датчиков перемещения и скорости. .

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам, предназначенным для определения корреляционных функций случайных процессов. .

Изобретение относится к методам и устройствам обработки данных в широкополосной радиосвязи и радионавигации, где этапу приема информационных сигналов с расширенным спектром, манипулированных псевдослучайной последовательностью, обязательно предшествует этап синхронизации.

Изобретение относится к технике обнаружения цели и определения направления на цель. .

Изобретение относится к способам кодирования, декодирования и преобразования кода для обнаружения и исправления ошибок
Изобретение относится к области обработки данных и может быть использовано для выделения гармонического сигнала на фоне помех и измерения его частоты

Изобретения относятся к области обработки сигналов и могут быть использованы для определения взаимной корреляции между двумя сигналами. Техническим результатом является уменьшение шумов. Способ, реализуемый с использованием компьютера, включает: разделение первого сигнала на более короткие сегменты длиной М; осуществление взаимной корреляции сегментов первого сигнала со вторым сигналом с получением в результате множества частичных взаимных корреляционных функций; получение комбинированной взаимной корреляционной функции путем комбинирования частичных взаимных корреляционных функций; применение способа обнаружения выбросов или удаления выбросов для нахождения или удаления сегментов с искажениями или дефектами, который включает сравнение отдельных частичных взаимных корреляционных функций с комбинированной частичной взаимной корреляционной функцией с целью проверки согласия частичной взаимной корреляции с указанной комбинированной взаимной корреляционной функцией; повторное комбинирование указанных частичных взаимных корреляционных функций с исключением тех, которые на основании указанной проверки согласия были найдены содержащими искажения или дефекты, с получением в результате окончательной взаимной корреляционной функции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к специализированным устройствам извлечения информации и служит для измерения временных сдвигов между случайными аналоговыми сигналами. Техническим результатом является структурное упрощение и повышение надежности корреляционного измерителя. Указанный измеритель временных сдвигов содержит входной аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два регистра, перемножитель, оперативное запоминающее устройство, сумматор, блок поиска экстремума и блок управления. Особенностью измерителя является применение для совместной обработки двух аналоговых сигналов только одного аналого-цифрового преобразователя, отсутствие компенсирующей линии задержки и наличие только одного сумматора многоразрядных операндов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к специализированным устройствам извлечения информации и служит для измерения временных сдвигов между случайными аналоговыми сигналами. Техническим результатом является структурное упрощение корреляционного измерителя. Корреляционный измеритель содержит входной аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два регистра, перемножитель, цифровой мультиплексор, оперативное запоминающее устройство, сумматор, блок сравнения, блок управления и связи между элементами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области моделирования нефтегазовых месторождений. Сущность: определяют решетку модели с заданным шагом и предельно допустимой величиной на координатной сетке (1). Задают управляющие параметры поверхностей относительно шага решетки (2). Определяют набор поверхностей решетки относительно ее шага (3). Определяют область, в которой определена поверхность, и добавляют узлы решетки, в которых поверхность не определена (4). Задают параметры кубов сейсмических атрибутов - p, q, задают координаты вновь добавленного узла - X, Y, задают координаты соседнего узла - x, y, в котором поверхность определена, и задают параметр глубины поверхности в этом узле - z (x, y) (5). Упорядочивают глубины поверхностей в указанном узле решетки по возрастанию и назначают глубину i-й поверхности в этом узле равной i-й по порядку глубине (6). Определяют поверхности для обработки (7). Определяют функционалы и градиенты поверхностей для обработки (8). Определяют величину текущего шага смещения вдоль градиента (9). Определяют для каждой обрабатываемой поверхности с помощью величины шага смещения градиента, для какого по счету шага достигается минимальное значение функционала (10). Когда для каждой обрабатываемой поверхности минимальное значение функционала меньше шага смещения градиента, то производят смещение вдоль градиента на найденное количество шагов (11). Сохраняют в памяти величину сделанного смещения и определяют максимум сделанных смещений (12). Исключают временно из обработки поверхности, для которых достигнуто уменьшение функционала (13). Определяют поверхности, для которых не удалось уменьшить функционал, и, когда такие поверхности определены, то повторяют этапы 7-13 (14). Повторно упорядочивают глубины определенных на указанном узле решетки поверхностей по возрастанию и назначают глубину i-й поверхности в этом узле равной i-й по порядку глубине (15). Определяют значения текущих шагов решетки по обновленным данным поверхностей (16). Итеративно повторяют все этапы способа до тех пор, пока не будет получена модель с заданными на этапах 1 и 2 параметрами (17). Технический результат: повышение точности построения геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения. 3 н.п.ф-лы, 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу, устройству и машиночитаемому носителю данных, предназначенным для построения геологической модели нефтяного или иного месторождения, в частности, для определения коэффициентов корреляции для комплекса кривых ГИС и нахождения положений глубин маркера, для которых значение коэффициента корреляции является максимальным. Техническим результатом является повышение точности вычислений параметров, используемых при построении геологической модели расположения нефтяных или иных месторождений. Метод позволяет для маркера, уже имеющего отметки на некоторой, называемой опорной, группе скважин, вычислить их для скважин из другой группы. Для каждой скважины W, на которой ищется значение глубины маркера, выбираются скважины опорной группы, отстоящие от скважины W на заданном расстоянии, и среди них выбирается скважина с наибольшим значением коэффициента корреляции, при этом точка, в которой этот максимум достигается, назначается искомой отметки маркера. С помощью проверяющих тестов осуществляют поиск скважин, в которых функция корреляции меньше, чем максимальное значение коэффициента корреляции, а коэффициент качества корреляции больше, чем максимальное значение коэффициента корреляции. После чего добавляют найденную скважину к опорной группе скважин. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу, устройству и машиночитаемому носителю данных, используемых при построении геологической модели нефтяного или иного месторождения. Технический результат - повышение точности вычислений параметров, используемых при построении геологической модели расположения нефтяных или иных месторождений. Изобретение позволяет для маркеров, выбранных в качестве начального решения, вычислить такие глубины маркера на каждой скважине, которые обеспечивают наилучшую суммарную корреляцию. Для каждого маркера, входящего в набор, определяется функционал, представляющий собой сумму коэффициентов корреляции комплекса методов ГИС для пар скважин, расположенных не далее заданного расстояния друг от друга. Для этого функционала вычисляются частные производные ,и полученный таким образом вектор сглаживается и используется для нахождения большего значения функционала на некотором отрезке вдоль этого вектора. Если большего значения не найдено, то последнее положение отметок маркера считается решением задачи, а если найдено, то производится сглаживание точки решения и процесс повторяется снова. На каждой итерации алгоритма производится сортировка глубин маркеров. 3 н.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к корреляционному устройству. Технический результат заключается в повышении быстродействия определения времени задержки. Корреляционное устройство содержит два регистра сдвига, блок сравнения, два триггера, счетчик, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И, генератор тактовых импульсов и двухканальный трехразрядный мультиплексор. 1 ил.

Изобретение относится к технике цифровой связи и может быть использовано для синхронизации канала управления динамического мультиплексора с временным или кодовым разделением каналов. Техническим результатом является сокращение интервала времени входа в синхронизм канала управления динамического мультиплексора с временным или кодовым разделением каналов за счет параллельного обнаружения команд канала управления, а именно синхрослова, команд включения и выключения каналов, команд активности каналов, при динамическом изменении длины цикла синхронизации канала управления. Устройство содержит схемы ИЛИ, триггер, регистры, регистры сдвига, генератор тактовой частоты, схемы сложения по модулю два, программируемый счетчик, контроллер, счетчики. 2 ил.
Наверх