Коррелометр

 

Ю

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

90 и 1682 4

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.05.77 (21) 2485767/18-24 с присоединением заявки № (51) М. Кл в

G 06F 15/34

Опубликовано 30.08.79. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 30.08.79,(53) УДК 681.323 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. В. Динкевич, А. Г. Кан и Ю. И. Кузьмин (71) Заявитель (54) КОРР ЕЛОМЕТР

ГосУдаРственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для измерения аргумента и значения функции взаимной корреляции между двумя случайными процессами, задержанными один относительно другого.

На практике часто указанные параметры функции взаимной корреляции априорно неизвестны. В то же время анализ исследуемых сигналов требуется вести в темпе их поступления. Поэтому для указанных целей наиболее часто применяют коррелометры параллельного действия, работающие по методу умножения.

Известный коррелятор (1) содержит аналого-цифровые блок задержки, блок умножения. В этом корреляторе время задержки меньше времени интегрирования, и поэтому при обработке сигналов большой относительной заборной возможны большие погрешности.

Известен коррелометр (2), получивший в литературе название коррелометра Стильтьеса.

Этот коррелометр содержит аналого-цифровой преобразователь, вход которого является первым входом коррелометра, регистры задержки, выходы одноименных разрядов которых подключены ко входам соответствующих блоков умножения, дополнительные входы которых объединены и подключены ко второму входу коррелометра.

Выход каждого блока умножения подключен к первому входу соответствующего элемента И первой группы, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих блоков усреднения, выходы которых подключены к первым входам элементов И второй группы, выходы которых у связаны с соответствующими входами многовходового элемента ИЛИ. Управляющие входы регистров и аналого-цифрового преобразователя объединены и подключены к первому выходу генератора тактовых им15 пульсов, второй выход которого соединен со вторыми входами элементов И первой группы, третий выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу первого счетчика, разрядные выходы которого через соответствующие дешифраторы и формирователи соединены со вторыми входами элементов И второй группы.

Однако в некоторых практических случаях применение известных коррелометров указанных выше типов приводит к очень большим аппаратурным затратам, что ведет к снижению надежности получения достоверного результата измерения.

Особенно часто этот недостаток сказы30 вается в практике акустических измерений, 682904

65 когда задержка между исследуемыми процессами априорно неизвестна и может находиться в пределах от очень малых величин до очень больших, во много раз превосходящих время измерения и вычисления однои ординаты функций взаимной корреляции (другими словами, в пределах во много раз превосходящих время усреднения, выбираемое исходя из точности проводимого измерения, а порой ограниченное нестационарностью исследуемых процессов). При этом все ординаты функции взаимной корреляции должны быть посчитаны за одну реализацию ввиду трудности, а чаще невозможности повторения условий акустического эксперимента. Увеличение аппаратурных затрат в рассмотренных случаях приходится на следующие узлы схемы известного коррелометра: блок задержки одного исследуемого сигнала относительно другого (в

j2J это регистры сдвига), схемы перемножения мгновенных значений задержанного и незадержанного сигналов и схемы усреднения результатов перемножения. Причем количественный состав указанных узлов растет прямо пропорционально максимально требуемому времени задержки, в то время как время усреднения, как правило, не зависит от реальной задержки между исследуемыми сигналами и часто требуется значительно меньшим последнего.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение коррелометра при анализе процессов, время задержки между которыми больше интервала усреднения, Эта цель достигается тем, что в описываемый коррелометр дополнительно введены третья и четвертая группы элементов И, группа элементов ИЛИ, группа элементов задержки, элемент НЕ, дополнительный дешифратор и второй счетчик. Вход этого счетчика соединен с выходом первого счетчика, а выход через дополнительный дешифратор — с входом элемента HE и с первыми входами элементов И третьей группы, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя. Выход элемента HE подсоединен к первым входам элементов И четвертой группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регистра задержки. Выход каждого элемента И четвертой группы подключен к первому входу каждого элемента ИЛИ группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента И третьей группы. Выход каждого элемента ИЛИ группы соединен со входом соответствующего регистра задержки. Вход каждого элемента задержки группы подключен к выходу соответствующего формирователя, а выход — к входу сброса соответствующего блока усреднения.

На чертеже показана функциональная схема коррелометра, 5

55 о0

Устройство содержит т-разрядный аналого-цифровой преобразователь 1, вход которого подключен к выходу первого источника сигнала x(t), регистры 2 задержки, m-разрядные блоки 3 умножения, блоки 4 усреднения, многовходовой элемент ИЛИ 5, счетчик 6 числа импульсов с коэффициентом деления, равным числу регистров, дешифраторы 7 состояний счетчика 6, формирователи 8 импульсов, генератор 9 тактовых импульсов, генерирующий три последовательности тактовых импульсов одной и той же частоты, сдвинутых относительно друг друга во времени, и две — первую и вторую группы элементов И 10 и 11, каждая из которых содержит и отдельных элементов И. Каждый k-тый из и блоков 3 умножения подключен первыми входами к выходу второго источника сигнала у(/), вторыми входами к выходам Й-тых разрядов всех регистров 2, а выходом ко входу k-того элемента И 10, управляющий вход которого подсоединен к выходу 12 генератора 9 тактовых импульсов, на котором генерируется первая последовательность тактовых импульсов. Выход й-того элемента И 10 соединен со входом й-того блока 4 усреднения, выход которого подключен ко входу

А-того элемента И 11 второй группы, управляющий вход которого через k-тый формирователь 8 импульсов связан с выходом дешифратора 7 й-того состояния кольцевого счетчика 6. Вход последнего соединен с выходом 13 генератора 9 тактовых импульсов, на котором генерируется вторая последовательность тактовых импульсов. Выход 14 третьей последовательности тактовых импульсов генератора подключен к тактовым входам регистров 2 и аналого-цифрового преобразователя 1. Выходы элементов И 11 второй группы подсоединены ко входам а-входового элемента ИЛИ 5, выход которого является выходом коррелометра.

Описываемый коррелометр отличается от известного тем, что он содержит дополни,ельный счетчик 15, дешифратор 16 нулевого состояния этого счетчика, элемент HE

17, и элементов 18 задержки, группу двухвходовых элементов ИЛИ 19 и две группы дополнительных элементов И 20 и 21. Каждый из них содержит по т отдельных элементов И. Вход дополнительного счетчика

15 соединен с выходом кольцевого счетчика 6. Выход дешифратора 16 нулевого состояния дополнительного счетчика 15 подключен к управляющим входам элементов

И 20 третьей группы непосредственно, а к управляющим входам элементов И 21 четвертой группы — через элемент НЕ 17. Входы элементов И 20 связаны с одноименными выходами аналого-цифрового преобразователя 1, а выходы — с первыми входами двухвходовых элементов ИЛИ 19, выходы которых подключены ко входам соответствующих регистров 2. Вторые входы двух682904 (t, + kT, +2пТ,Д. входовых элементов ИЛИ 19 подключены к выходам одноименных элементов И 21, входы которых соединены с выходами соответствующих регистров 2. Вход установки «О»

k-того блока усреднения 4 через k-тый элемент задержки 18 и k-тый формирователь импульсов 8 подключен к дешифратору 7

k-того состояния кольцевого счетчика 6.

Корттелометр работает следующим образом. Первый из исследуемых сигналов x(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 1. В момент (в рассматриваемом примере момент времени ti) подачи на его управляющий вход тактового импульса с выхода 14 генератора 9 сигнал преобразуется в соответствующее число т-разрядного двоичного кода. Это число, представленное импульсами (1 — наличие, 0 — отсутствие импульса), подается на т регистров 2, каждый из которых содержит и-триггеров. Регистры, как и в прототипе (2), выполняют роль цифровой линии задержки.

Но в отличие от прототипа количество триггеров в каждом регистре определяется не требуемым временем задержки, а необходимым временем усреднения. С появлением каждого нового сдвигающего импульса на выходе 14 единица продвигается в соседний триггер и на выходе последнего возникает импульс. Импульсы, представляющие число в двоичном коде, которое определяется состояниями триггеров одинаковых номеров (например k) во всех регистрах, постлпают на блок 3 умножения того же номера (в данном примере — номера 3k). К этому блоку подводится второй исследуемый сигнал p(t). На выходе k-того блока умножения формируется сигнал Ат, пропорциональный частному произведению Ат,=

=х(1 — kTp) .у(/т) .Tp — период следования сдвигающих импульсов. Этот сигнал синхронно с тактовыми импчльсами, вывабатываемыми на выходе 12 генератора 9, передается через k-тый элемент 10k íà k-тый блок чсреднения 4k. Тактовые импульсы, генерируемьте на выходе 12 генератора 9, задержаны относительно импульсов, генерирчемых на выходе 14, на интервал времени

И. В связи с этим в рассматриваемом примере сигнал Ат, поступит в k-тый блок лсреднения 4k в момент времени (ted+At), когда все переходные процессы, связанные с перемножениями мгновенных значений исследуемых сигналов, уже окончатся. Результат усреднения синхронно с возникновением импульсов на выходе формирователей 8 импульсов (в рассматриваемом примере k-того формирователя) поступают на выход коррелометра, а синхронно с возникновением импульсов на выходе элементов задепжки 18 (в рассматриваемом примере

k-тый элемент задержки) блоки усреднения

4 обнуляются. Импульсы на выходе формирователей 8 появляются синхронно со сменой состояния счетчика 6. Тактовые импуль5

65 сы, генерируемые на выходе 13 генератора

9, поступают на вход счетчика 6 с задержкой во времени на 2И относительно импульсов на выходе 14. Таким образом обеспечивается временная развязка момента добавления и-го результата перемножения

А,„= x(t„— kT,) у (t,) к содержимому k-того блока усреднения с моментом выдачи результата усреднения на выход коррелометра.

Начало вычисления функции взаимной корреляции в описываемом коррелометре совпадает с моментом времени 4, когда на выходе 13 генератора 9 генерируется первый тактовый импульс, синхронно с которым обнуляются счетчики 6 и 15.

В течение времени генерации следующих и тактовых импульсов элементы И 20 оказываются открытыми, а элементы И 21— закрытыми, так как в течение этого времени на выходе дешифратора 16 вырабатывается разрешающий потенциал, а на выходе элемента НЕ 17 — запрещающий.

Таким образом, в описываемом коррелометре в течение времени генерации первых п-тактовых импл льсов происходит заполнение регистров 2 мгновенными значениями реализации x(t), количество которых равно требуемому времени усреднения.

Начиная с момента времени tp+nTp, состояния элементов И 20 и 21 меняются на противоположные и мгновенные значения веализации x(t), накопленные к этому моменту в регистрах 2, будут циркулировать в последних с периодом, равным пТО, по цепи: пегистры 2 — элементы И 21 — элементы ИЛИ 19 — регистры 2.

Рассмотоим отличительные особенности работы предлагаемого коррелолтетра на примере k-того канала. От момента воемени Итт+ИТд (когда мгновенное значение сигнала x(t), измеренное в преобразователе 1, достигнет k-тых тттттггепов пегистров 2) до момента времени (та+ЬТтт+пТ,) в k-том блоке 4 усреднения накапливается сумма частных произведений вида x(t — ATp) p(t) и в момент времени (tp+kTp+nTp), когда счетчик 6 переходит в состояние (k) и на выходе дешифратора 7 k-того состояния счетчика 6 появится импульс, резчльтат успеднения или k-тая орднната измеряемой функции R„„(kTp) постчпит на выход коррелолтеттта. В момент времени (tp+kTp+

+nT.+М) на выходе k-того элемента задепжки 18 появится импульс, сннхронно с которым k-тый блок 4 чсредненття обнуляется, и в последнем начинается цикл накопления пезультата, пропорционального (n4-k) -той ординате измеряемой фчнкцип, зттачентте которой R„„(kTp+nTp) появится на выходе коррелометра в момент времени

682904

Если емкость счетчика 15 равна N, то на выходе k-того элемента И 11 в момент времени

ft, + kT, + nT,J, (/, + kT, + 2nT,J,...

ft, + kT, + (N — 1)„Т,J, (t, + kT, + NnT,J появляются значения измеряемой функции взаимной корреляции

7 » (О,), „ (АТ, + пТ,),... ф7, +

+ (N — 2)nT,J, 3 ДИТ, + (N — 1)nT,J, которые через элемент ИЛИ 5 поступают на выход коррелометра.

Из рассмотрения работы описанного коррелометра видно, что при его построении для измерения функции взаимной корреляции, аргумент которой может принимать значения от О до ИпТО, и требуемом времени усреднения, равном пТО, требуется триггеров в регистрах, схем умножения и схем усреднения в N раз меньше, чем в прототипе.

Формула изобретения

Коррелометр, содержащий первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого является первым входом коррелометра, регистры задержки, выходы одноименных разрядов которых подключены ко входам соответствующих блоков умножения, дополнительные входы которых объединены и подключены ко второму входу коррелометра, выход каждого блока умножения подключен к первому входу соответствующего элемента И первой группы, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих блоков усреднения, выходы которых подключены к первым входам элементов И второй группы, выходы которых подключены к соответствующим входам многовходового элемента ИЛИ, управляющие входы регистров и аналого-цифрового преобразователя объединены и подсоединены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которо5

10 !

45 го соединен со вторыми входами элементов

И первой группы, третий выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу первого счетчика, разрядные выходы которого через соответствующие дешифраторы и формирователи соединены со вторыми входами элементов И второй группы, о тличающийся тем, что, с целью упрощения коррелометра при анализе процессов, время задержки между которыми больше интервала усреднения, в коррелометр дополнительно введены третья и четвептая группы элементов И, группа элементов ИЛИ, группа элементов задержки, элемент НЕ, дополнительный дешифратор и второй счетчик, вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход через дополнительный дешифратор подключен ко входу элемента НЕ и к первым входам элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами аналого-цифрового преобразователя, выход элемента HE подключен к первым входам элементов И четвертой группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регистра задержки, выход каждого элемента И четвертой группы подключен к первому входу каждого элемента ИЛИ группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента И третьей группы, выход каждого из группы элемента ИЛИ группы соединен со входом соответствующего регистра задержки, вход каждого элемента задержки группы подключен к выходч соответствующего формирователя, а выход соединен со входом сброса соответствующего блока усреднения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Грибанов Ю. И., Веселова Г. П., Андреев В. Н. Автоматические цифровые корреляторы. М., «Энергия», 1971, с. 148 †1.

2. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М., «Энергия», 1972, с. 132 — 134, 682904

Составитель В. Жовинский

Техред H. Строганова

Корректор A. Степанова

Редактор P. Киселева

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 2366(12 Изд. № 559 Тираж 760 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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