Цифровой коррелятор

 

вас.r., )итж :,; - ).,:. .;--, ;, . библиотек=- ЛБА

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советским

Социалистическим

Республик

0 ) 610117 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030476 (21) 2346478/18-24 (51) М. КЛ, G. 06 P 15/34 с присоединением заявки №вЂ”

Гасударственный комитат

Ваннта Инннстрав СИР но данам нвоорвтанна н атнрыте (23) Приоритет (43) Опубликовано 050678,Бюллетень ¹ 21 (45) Дата опубликования описания 150578

681, 323 (088 „8) (72) Авторы изобретения

Н.С.Анишин и А.М.Тивков

Pl) Заявитель

Кубанский государственный университет (54) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники (как правило, работающим в двоичной системе счисления) и предназначено для нахождения оценок корреляци- 5 онных функций при исследовании динамических процессов. Преимущественная область использования — цифровая обработка сигналов, особенно представленных в цифровой форме и хранящихся 10 в оперативной памяти ЭВМ, хотя не исключена и аналоговая форма входных сигналов при обязательном использовании на входе быстродействующих аналого-цифровых преобразователей .(АЦП) . 15

Известен цифровой коррелятор jlj служащий для нахождения оценок корреляционных функций, в котором осуществляется запоминание и сдвиг определенного отрезка одной из входных функ-.20 ций, представленной многоразрядными двоичными отсчетами, на определенный интервал времени и умножение ее отсчетов на многоразрядные двоичные от счеты другой входной функции, поступающие в реальном масштабе времени, в той же последовательности. а. таком корреляторе имеется несколько множительных устройств, служащих для получения произведений типа х ц

2 которые поступают в определенные в*ейки памяти для подсуммирования и на= копления текущих значений точек корреляционной функции.

Известен цифровой коррелятор (2), содержащий первый и второй АЦП,информационные входы которых являются входами коррелятора; первый коммутатор, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, выходом подключенного к первому входу первого коммутатора; второй коммутатор, выходы которого соединены со входами соответствующих накопителей, и блок синхронизации. Первый выход блока синхронизации подключен к управляющим входам первого АЦП и первого коммутатора, второй выход блока синхронизации соединен с управляющими входами регистра сдвига и второго коммутатора, а третий выход блока синхронизации подключен к управляющему входу второго АЦП.

Недостаток этого коррелятора состоит в том, что он содержит сложные и медленно действующие множительные устройства. Это усложняет цифровой коррелятор, особенно, если он много. канальный; ограничивает его быстродействие, особенно при быстродействую.—

610117 щих АЦП или в случае получения данных из ЭВМ.

Целью изобретения является упрощение коррелятора и позышение el o быстродействия.

Эта цель достнгается тем, что в коррелятор введены блок коррекции и сдвиговая матрица, причем первый и второй входы сдвиговой матрицы подключены соответственно к выходу регистра сдвига и к выходу второго АЦП, а ее выход соединен с информационным входом второго коммутатора. Информационный вход блока коррекции подключен к выходу первого АЦП управляющий входк первому выходу блока синхронизации, а выход блока коррекции, соединен со вторым входом первого коммутатора.

Другое отличие коррелятора состоит в том, что блок коррекции содержит регистр, логический блок и:сумматор, первый вход которого является информационным входом блока коррекции, а второй подключен к выходу регистра, первым входом соединенного с выходом сумматора. Вход логического блока сое- 25 динен с выходом регистра, а первый выход подключен ко второму входу регистра. Второй выход логического блока является выходом блока коррекции, управляющий вход которого соединен с 30 управляющими входами сумматора, регистра и логического блока.

Особенностью описываемого коррелятора является применение сдвиговой матрицы (матрицы вентилей с управляемым 35 сдвигом на и, разрядов вправо l $ =0,1,2...) включаемой аналогично и взамен умножителю, и блока коррекции цифровых отсчетов, включаемого между выходом пер-. вого АЦП и входом первого коммутатора. 40

Замена блока умножения сдвиговой матрицей позволяет упростить коррелятор и повысить его быстродействие, ибо засылка со сДвигом выполняется значительно проще и быстрее, чем перемножение двух чисел. Такая замена возможна в результате преобразования (коррекции) цифровых отсчетов одной иэ входных функций к виду, облегчающему аппаратурную реализацию умножения и сводящему его к простому сдвигу, а именно к виду, когда преобразованные цифровые отсчеты являются унитарными кодами, т.е. представлены не более чем „ одной 1 и остальным количеством О (например 0,10000; 0,00100 и т.д.) . Различные положения 1 в этих отсчетах могут быть закодированы более компактно, т.е. короче, чем сами цифровые отсчеты. Это потребует 60 более простой схемы сдвига (т.е. на меньшее число разрядов).

Включение в состав цифрового коррелятора блока коррекции цифровых отсчетов одной иэ входных функций между 65 источником цифровых отсчетов и первым коммутатором вкупе со сдвиговой матрицей на разрядов вправо. информационный вход которой связан с источником цифровых отсчетов второй входной функции, например, с выходом AIlll, управляющий вход — с выходом регистра сдвига, а выход через второй коммутатор — с соответствующими накопителями, позволяет исключить громоздкий умно житель с его малым быстродействием и сократить объем оборудования коррелятора с одновременным повышением быстродействия ввиду отсутствия времяем кой операции умножения в ее классическом виде.

Математическая сущность замены операции умножения операцией сдвига видна из алгоритма работы предложенного коррелятора.

Для случая, когда цифровые отсчеты входных функций представлены двоичными числами с фиксированной перед первым старшим разрядом запятой, алгоритм выглядит так:

1 К

В (кТ) = — $ У (пТ+ кТ) (0,1) " . Si п х1(яТ), l n--0

Х (пТ) вычисляется по рекурентной формуле:

Х» (»)=Xi(nT Т)-(0,1) Sign Õ< (пТ-Т)+Х (пТ), с1 Х (О) = X (<) y,(nò),Ц(пТ) — входные функции (цифровые отсчеты) >/х,(тЦЪ 0,11

>/Х (ьТ)/» 0,011 ъ/х1(n T)/>О, 0011

О, если 1,,01

1, .если 0,11

10, если 0 011

1„ 5 ц и<я если О, О...Оl, l > /xs(n7)/ О, О.„ООР . Яу о, если О, О... 001 >/ s (Т) / (5"2) — число разрядов, используемых для определения

Т - шаг квантования по времени входных функций;

N - база вычисления корреляции;

0,1 - двоичное изображение дроби 1/2;

В(кТ вЂ” выходная функция корреляции (цифровые отсчеты).

Физическая сущность этого алгорит ма состоит в следующем:

- отсчеты одной иэ функций, начи- ная с первого, округляются.до ближайшего значения (О,l)"ii, где() =0 1,2„,S) или нуля.

- .разность между фактическим цифровым отсчетом и округленным.не теряется, а алгебраически подсуьмируется к следующему отсчету той же функ ции;

610117 каждого цикла. В любом другом подтак- с AIJII) или значительно сократить врете любого такта и цикла замыкается мя обработки (для корреляторов, соцепь рециркуляции с выхода регистра члененных с ЦВМ и (или) получающих от сдвига 5 на его вход через первый ком- них цифРовые отсчеты). мутатора 4, и регистр сдвига 5 работа- 5 В пеРвом с учае зто позволит соет как кольцевой. Таким образом, в здать более простые по. конструкции и каждом (Ом подтакте ((1,2 () дешевые по себестоимости коРРелятоРы, -го такта (j = 1,2,..., г ) i --го цик- обладающие шиРоким частотным диапала (i = 1 2 )) ) С выхода регистра зОнОм ВхОдных сигналОВ при испОльзО сдвига 5 на управляющий вход матрицы вании одной и той же элементной базы вентилей занесения подается отсчет, (например, интегРальных микРосхем), -1,(1) . „sig n Х„(hТ ), что и прототипы. где n T = i v T = (I, - С ) Г. Во втором случае оснащение ЦВМ, выНа другой, информационный вход полняющих большой объем работ по корсдвиговой матрицы 6 в течение всего реляционному анализу, по цифровой такта ) подается один и тот же от- фильтрации реальных физических сигна15 счет у (T K7) где (+ ) .. ) 1 лов, преобразованных в цифровую форму и записанных в памяти ЦВМ (например, ДУ матр цы 6 в каждом ом под сейсмических, гидроакустических, электакте „1 -го такта че ез вто ой комм о акта чеРез втоРой коммУ- трических), позволяет сократить мататор 7 подключен(((-() .1) -й. накопи- 20 шинное время этих машин ввиду более тель 8, в котором после )Ч

Отором после N Циклов Ус- ускоренного выполнения этих операций

РеднениЯ получается оценка коррелЯци- на цифровом корреляторе. онной функции В (кт), где кТ(((-L)r+j -1) t поскольку временной сдвиг между отсче- Ц Ф РР со е тами, поступающими на разные входы ма- 25

Цифровой коррелято

РР р, содержащий трицы 6 В 1 -Ом подтакте 3 -го так образовател первый и второй аналого- и о та, будет равен f(1 -L)т +j -1)Т. образователи, информационные входы коВ зависимости от типа АЦП функции тОРых яВляются ВхОдами ко д оррелятора, пеРвый коммутатор, выход кото ого блока коррекции может выполнять этот

Р, .од которого соединен с информационным входом региже ЛЦП, отличаюЩийсЯ от обычного Вы- 50 стра с в, ходной характеристикой, определяемой стра сдвига, выход которого по кл рого подключен к первому входу первого комм тат алгоритмом получения числа а при по) 71 второи коммутатор, выходы кото ого ступлении на вход величины х(). соединены со входами соответств ю их у р, ходы которого

С целью сокращения емкости регистра накопителей, и блок синхрониза ии сдвига 5 полученные на выходе схемы,у первый выход которого подключен к анализа и коррекции числа (одна едиравляющим входам первого аналого- ир дключен к упница при остальных нулях) могут быть

Р аналого-цизашифрованы более коротким кодом. В фрового преобразователя и пе вог мутатора, второй выход блока синх оэтом случае на выходе регистра сдвига низации соединен с управляющими вход ока синхродолжен быть дешифратор, который можно 4,1дами регистра сдвига и Вто ого ко считать составной частью сдвиговой татора, а третий выход блока синх оматрицы 6. шифратор и дешифратор мо- низации подключен к управляю е в д ока синхрогут уменьшить в два раза и более ем- ду ВтоРого аналого-цифрового и еобкость (в дв.битах) регистра сдвига 5. Разователя, Отличающий с ц фр ого преобОсобенно значительные технические тем, что, с целью повышения быст ою Ю Щ И и С затруднения при создании цифровых кор- 45 действия цифрового коррелятора и пония быстрореляторов вызывает реализация опера- вышения его точности, в него вве ены ции умножения. Используемые для этого него введены блок коррекции и сдвиговая матрица, блоки умножения громоздки и неоперативны. Последнее обстоятельство осопРичем первый и второй входы с виговой матрицы подключены саответствен

Р хОДы сДВ и ГОбенно существенно, если учесть, что к выходу регистра сдвига и к выхо ответственно половина арифметических операций вы- второго аналОго-цифрового и еоб азод и к выходу полняемых в цифровом корреляторе операции умножения ° вателя, а ее выход сое ине мационным входом второго комм т т

Использование вместо множительного устройства менее емкой по объему обо- 55 информационный вход блока ко ек рого коммутатора, подключен к выходу первого аналогорудования и имеющей вследствие этого цифрового преобразователя и авля малое время выполнения операции сдви-. говой матрицы с управляемым сдвигом щий вход — к первому выхо хронизации, а выход блока ко ек и на заданное число разрядов вправо под а коррекции зволяет значительно сократить количе- 6()мутатора. соединен со вторым вхо ом

РЫМ ВХОДОМ ПЕРВОГО КОМство элементов, потребное для созда- 2. Коррелято релятор по п.1, о т л нння коррелятора, и существенно уско- ч а ю щ и и с и с я тем, что блок коррекоче е ь рить выполя чие операции, что, в св» ции содержит рег рж т регистр, логический блок а ор, первый вход которого явередь, позволяет обрабатывать высоко и сумматор перв и скоростные сигналы (в случае работы .5 ляется информ цио

6 мационным входом. блока

610117

Фиг.г коррекции, а второй подключен к выходу регистра, первый вход которого соединен с выходом сумматора, вход логи- . ческого блока соединен с выходом регистра, а первый выход подключен ко второму входу регистра, второй выход логического блока является выходом блока коррекции, управляющий вход которого соединен с управляюцими входами суьваатора регистра и логического

l0 блока.

П р и м е ч а н и е: формула изобретения расширена введением второго. пункта вследствие того, что блок коррекции не является стандартным функциональным блоком. Второй пункт формулы раскрывает конструкции укаэанного блока коррекции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе:

1 . Патент CIA Р 3366782, Ик.235-181, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

9 424153, Мк. t 06 F 15/34, 1974.

Филиал ППН Патент

t г. Ужгород, Ул. Проектная, 4