Адаптивный коррелометр

 

О П И С А- Н И Ф

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ | | 479116

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 13.07.73 (21) 1949841/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 30.07.75. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 15.09.76 (51) М. Кл. 6 06f 15/34

Гасударственный комитет

Соввта Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 681.332:519.2 (088,8) (72) Авторы изобретения

Г. Г. Живилов и А. Б. Шадрин (71) Заявитель (54) АДАПТИВНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР

Изобретение относится к средствам специализированной цифровой вычислительной техники, предназначенной для аппаратурного анализа случайных процессов.

Известно адаптивное устройство для измерения корреляционной функции, содержащее два аналого-цифровых преобразователя, усреднитель интервала, компаратор, счетчик циклов, синхронный умножитель-усреднитель и блок управления. Выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с усреднителем интервала, синхронным умножителемусреднителем, выход усреднителя интервалов — с компаратором, выход счетчика циклов — с синхронным умножителем-усреднителем. При этом выходы блока управления подключены к входам всех функциональных узлов.

Однако в известном устройстве определение адаптивного шага измерения корреляционной функции по заданной относительной ошибке восстановления может привести к значительным погрешностям при обработке широкополосных случайных процессов. Кроме того, определение адаптивного шага по адаптивному интервалу выборки в таком устройстве происходит за время измерения дисперсии, т. е. невозможно одновременное измерение ординат корреляционной функции и определение адаптивного интервала выборки.

Цель изобретения — повышение точности измерения корреляционной функции широкополосных случайных сигналов.

Это достигается тем, что адаптивный кор5 релометр содержит два управляемых фильтра, запоминающий регистр, управляемый задатчик интервала. Входы управляемого задатчнка интервала соединены соответственно с блоком управления и с выходом компаратора, |О первый выход — параллельно с управляемыми фильтрами и аналого-цифровыми преобразователями, а второй — с компаратором. Входы запоминающего регистра подключены к блоку управления и усреднителю интервала, 15 а выходы — к компаратору и счетчику циклов. Входы управляемых фильтров связаны с источниками исследуемых сигналов, а выходы каждого фильтра — с соответствующим аналого-цифровым преобразователем. Выход счет20 чика циклов подсоединен к входам аналогоцифровых преобразователей, выход синхронного умножителя-усреднителя — к входам усреднителя интервала и компаратора.

При определении адаптивного интервала

25 выборок по заданной ошибке восстановления (и ограничениях на объем выборок, число ординат корреляционной функции, диапазон изменения интервала выборок) необходимо otраничивать полосу частот пропускання вход30 ных сигналов так. чтобы за время определс479116

l5

3 ния адаптивного интервала выборки (с любого начального интервала) выполнялись специальные ограничения и автоматически изменялась полоса пропускания частот входных сигналов в зависимости от получаемого адаптивного интервала выборки до тех пор, пока не будет достигнуто с требуемой точностью соответствие между адаптивным интервалом выборки и фиксированным шагом измерения оценок ординат корреляционной функции (в определенной полосе частот пропускания входных сигналов), Процесс адаптивного измерения корреляционной функции может проходить с минимального интервала выборки реализации с увеличением нижней границы полосы частот пропускания входных сигналов, с максимального интервала выборки реализаций с уменьшением нижней границы частот пропускания входных сигналов, с любого начального интервала выборки реализаций в зависимости от априорных данных о виде спектра частот выходных случайных сигналов, причем ограничение полосы частот пропускания входных случайных процессов можно осуществлять с двух сторон поочередно или одновременно при помощи полосовых управляемых фильтров.

Возможен также режим непрерывного слежения (с заданной ошибкой восстановления) за изменениями корреляционной функции в зависимости от спектра частот входных сигналов.

При этом на выходе устройства можно считывать весь текущий ряд оценок ординат корреляционных функций, которые получаются в процессе измерений или только те, при которых выполняется соответствие между выбранным адаптивным интервалом выборки и адаптивным шагом измерения корреляционной функции.

В случае, если требуется измерить огибающую корреляционной функции широкополосных сигналов, то после определения адаптивного интервала выборки реализаций можно снять ограничения во входных управляемых фильтрах.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Она состоит из управляемых фильтров 1 и

2, аналого-цифровых преобразователей 3 и 4 с адаптивным выбором интервала выборки по заданной относительной ошибке восстановления, усреднителя 5 интервала, компаратора

6, запоминающего регистра 7, управляемого задатчика 8 интервала, блока 9 управления, счетчика 10 циклов, регистра 11 памяти (задержанного сигнала), умножителя 12, счетчика 13 числа ординат, счетчика 14 разверток, коммутатора 15, многоканального усреднителя 16, причем узлы 11 — 16 входят в синхронный умножитель-усреднитель 17.

Если известна частота среза в области низких частот входного сигнала, на управляемый задатчик 8 интервала вручную или по команде «Пуск» с блока 9 задается код частоты среза o>,ð,-„, где =0,1,2,..., и — номера кодов

4 частот среза, на которые разбит весь частотный диапазон входных сигналов управляемыми фильтрами 1 и 2. Управляемые фильтры 1 и 2 одновременно дискретно изменяют полосу пропускания низких частот, оставляя границу верхних частот неизменной и определяемой разрешающей способностью аналого-цифровых преобразователей 3 и 4. о, „„ — диапазон частот входных сигналов до верхней граничной частоты реализуется в том случае, когда управляемые фильтры 1 и 2 выключаются. Если о полосе сигнала в области низких частот информации нет, то задается код частоты среза а,р „в управляемом задатчике 8 интервала, который соответствует пропусканию наиболее высокочастотной части спектра входных сигналов. Заданный код частоты среза с управляемого задатчика интервала переписывается в запоминающий регистр 7. Одновременно в соответствии с выбранным кодом частоты среза о,р;„управляемые фильтры 1 и 2 ограничивают пропускание низких частот и в адаптивных аналого-цифровых преобразователях 3 и 4 задаются -e начальные интервалы выборок ATi, которые связаны с i-й частотой среза управляемых фильтров следующим соотношением:

ATimN < = Т,р,, + cpi где N — объем выборки для вычисления каждой из т ординат взаимной корреляционной функции с интервалом выборки ХТ; а,р; — i-я частота среза входных сигналов.

Управляемые фильтры 1 и 2 построены таким образом, что каждый последовательно включенный фильтр полностью пропускает полосу частот выключаемого.

Анализ входных сигналов может проводиться и в области низких частот. При этом в управляемый задатчик 8 интервала вручную или с блока 9 задается код частоты среза о>,р;,, который соответствует минимальному интервалу выборки реализации в выбранной полосе частот. Однако этот интервал должен быть больше критического, при котором происходит переключение управляемых фильтров

1 и 2 в область более высоких частот при автоматической их подстройке.

Критерием подхода к расширению полосы пропускания частот управляемых фильтров при автоматическом поиске адаптивного интервала, как в область высоких частот при анализе входных сигналов, начиная с низких частот, так и в область низких частот при анализе сигналов, начиная с высоких частот является переход величины текущего адаптивного интервала выборки реализаций в заданную критическую зону. Очевидно, что эти заданные зоны — общие для фильтров нижних и верхних частот в той области, где эти частоты совпадают. Полосам пропускания управляемых фильтров 1 и 2 соответствуют шаги в управляемом задатчике 8 интервала, ко47911

15

5 торый вместе с блоком 9 управления переключает управляемые фильтры в том случае, сс,тн интервал выборки в усреднителе интервалов достигает критического значения.

Коррелометр работает следующим образом.

Тактовая частота с выхода блока 9 управления поступает на вход счетчика 10 циклов, на выходе которого формируются импульсы с периодом Т,р„,, так как обратный код запо. минающего регистра 7, в котором записан код о сг„верхней или нижней границы заданных частот пропускания, в конце каждого цикла перезаписывается в счетчик цикла. Сигналами со счетчика циклов осуществляются запуск каждого цикла адаптивного аналого-цифрового преобразователя в узлах 3 и 4, синхронизация рабогы умножигеля 12 и коммутатора 15.

Счетчик 13 ординат формирует на выходе импульсы с периодом Т,р, ° тп, которые обеспечивают синхронизацию запоминания каждого пг-ro кода входного сигнала у (t, +

+тТ„„. ) в регистре 11 памяти задержанного сигнала на время Т„„° т, равное времени развертки по всем ординатам корреляционной функции Т„„„-. Счетчик 14 разверток подсчитывает число N — объем выборки для измерения каждой ординаты взаимной корреляционной функции и формирует на выходе сигнал конца измерения всех ординат корреляционной функции. Узлы 11 — 16, входящие в синхронный умножитель-усреднитель 17, осуществляют синхронное усреднение произведений кодов с выходов аналого-цифровых преобразователей 3 и 4, согласно выражению Г

R„,, (nT,ð,) = Х x(t,)ä(t v+nT „>,,), У-1 где Я, (пТ,р, ) — оценка и-й ординаты взаимной корреляционной функции; и — 0,1,2,..., т — номер ординаты взаимной корреляционной функции;

x(t, ) — коды выборок сигнала x(t) с периодом Т, г в момент времени tv +пТ,рг, поступающие на умножй. тель 12 и с его выхода в и-й канал коммутатора 15 и усреднителя 16;

y(t, +тТ,; ) — коды выборок с выхода регистра 11 памяти задержанного сигнала с периодом развертки, поступающие на умножитель 12.

Всеми узлами, входящими в синхронный умножитель-усреднитель 17, управляет блок

9. Связи этих команд на блок-схеме не показаны.

Одновременно с синхронным вычислением всех кореляционных функций на длине реализаций

Т; =T,г„.Ит+Т,г,т

6

6 определяется /-й адаптивный интервал выборки т„. в усреднителе 5 интервала, связанном с выходамп аналого-цифровых преобразователей 3 и 4, Усреднитель интервала может быть настроен на определение среднего минимальных текущих интервалов адаптации, среднего интервалов адаптации или среднего максимальных интервалов адаптации в зависимости от выбора алгоритма адаптации в адаптивных аналого-цифровых преобразователях 3 и 4.

Объем циклов, равный пгУ, выбирается из условия требуемой дисперсии адаптивного интервала выборки о „, заданной ошибки восстановления ординат корреляционной функции в г, заданной частоте среза ю, г и существующих аппаратурных ограничений по числу ординат корреляционной функции.

Импульсом «конец измерения» корреляционной функции с выхода счетчика 14 разверток сравниваются коды адаптивного интервала выборки т„- из усреднителя 5 интервала и шага измерения Т,„,. из запоминающего регистра 7. Сравнение осуществляется компаратором 6. При анализе входных сигналов со стороны низких частот в случае, если т.г (т„„где P — коэффициент, зависящий от наклона амплитудно-частотной характеристики управляемых фильтров 1 и 2 на частотах среза и спектра входных сигналов и перечисленных ограничений, то по команде с устройства управления проводится перезапись кода адаптивного интервала выборок т,„. из усреднителя интервала в запоминающий регистр. В случае, если т„- )PT,р,-, указанной перезаписи кода не осуществляется.

Если перезапись происходит, т. е. т,„. ( (PT рг-, то задержанным сигналом от блока

9 управления проводится сравнение кода т„. усреднителя 5 интервала с кодом управляемого задатчика 8 интервала, на котором записано значение кода Т,р; переход которого в сторону уменьшения или увеличения в зависимости от направления анализа сигнала со стороны верхних или нижних частот приводит к скачкообразному уменьшению или увеличению значения кода управляемого задатчика интервала и соответствующему переключению управляемых фильтров на следующую полосу частот, включающую в себя предыдущуго.

При анализе входных сигналов со сгороны высоких частот перезапись кода из усредннтсля интервала в запоминающий регистр осуществляется при условии т.„- )pT„р,, и после этого проводится проверка кода интервала на достижение им критической зоны.

При работе устройства в следящем режиме исключается первое сравнение кодов усреднителя интервала и запоминающего регистра. Независимо от величин кода в этих устройствах после каждого цикла измерения всей корреляционной функции код из усреднителя интервала переписывается в запоминающий регистр и после этого происходит сравнение

479116

7 (II0 предыдущему тексту второе), при котором проводится проверка кода интервала т„.. на достижение им критической зоны. Этот режим работы необходим при автоматическом регулировании.

При выполнении условия т„ =РТ„,- считываются оценки ординат корреляционной функции с выходов синхронного умножителяусреднителя, причем корреляционная функция измеряется с заданной ошибкой восстановления. Возможно считывание и всех текущих оценок ординат корреляционной функции, изучаемых в процессе измерения.

Далее после перезаписи кода адаптивные аналого-цифровые преобразователи начинают новое определение адаптивного интервала выборок со значения т„м.

Объем циклов, равный произведению тН, выбирается так, что при заданном коэффициенте Р за яремя измерения всей корреляционной функции с шагом Т,Р, определение адаптивного интервала выборок т„. в адаптивных аналого-цифровых преобразователях 3 и 4 обеспечивается с заданной дисперсией, Предмет изобретения

Адаптивный коррелометр, содержащий два аналого-цифровых преобразователя, усреднитель интервала, компаратор, счетчик циклов, синхронный умножитель-усреднитель и блок

8 управления, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с усреднителем интервалов, синхронным умножителем-усреднителем, а выход усреднителя интервалов соединен с компаратором, выход счетчика циклов соединен с синхронным умножителем-усреднителем, при этом выходы блока управления соединены с входами всех функциональных узлов, отличающийся тем, что, с целью повыше1О пия точности измерения корреляционной функции широкополосных сигналов, коррелометр содержит два управляемых фильтра, запоминающий регистр, управляемый задатчик интервала, входы которого подключены соот1Ь ветственно к блоку управления и к выходу компаратора, первый выход управляемого задатчика интервала соединен параллельно с управляемыми фильтрами и аналого-цифровыми преобразователями, а второй — c ком20 паратором, входы запоминающего регистра соединены с блоком управления и усреднителем интервала, а выходы подключены к компаратору и счетчику циклов, входы управляемых фильтров соединены с источниками ис25 следуемых сигналов, а выход каждого фильтра соединен с соответствующим аналого-цифровым преобразователем, выход счетчика циклов подключен к входам аналого-цифровых преобразователей, выход синхронного умнозц жителя-усреднителя соединен с входами усреднителя интервала и компаратора.

479116

Составитель В. Жовинский

Техред М. Семенов Корректор М. Лейзермаи

Редактор И. Груэова

МОТ, Загорский филиал

Заказ 3103 Изд. № 1580 Тираж 679 Подписное

ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5