Устройство для определения матриц корреляционных и спектральных функций

 

ОП ИСАНИЕ „691863

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистнческих

Реслублнк (61) Дополнительное к авт, свид-ву(22)Заявлено 11.01.77(21) 2442214/1824 (51)M. Кл.

G 06 F 115/:34 с присоединением заявки .%—

Гюсударстюеннв|й хюинтет

СССР юа делам нзююретюннй и ютхрытнй (23) ПриоритетОпубликовано 15,10.79. Бюллетень Рй З8

Дата опубликования описания 20.10.7е (53) УДК 681.332 (088. 8) Ю. С. Климов, С. К. Турченкова A. Б,,Шадрин

I

Ленинградское высшее инженерно морское училище им. адмирала О. О. Макарова (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ MATPHU

KOPPE JIHUHOHHbIX И СПЕКТРАЛЬНЫХ

ФУНКБИЙ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для многомерного адаптивного корреляционно-спектрального анализа процессов с неизвестными мате5 матическими ожиданиями и центрированных пропессов в условиях дефицита априорных данных.

Устройство может использоваться в качестве оперативного средства корреля-ционно-спектральных измереннй и найдет применение в измерительно--вьтчттслительных системах, а также в качестве устройства связи с объектом для UBN.

Известно устройство, позволяющее с помощью адаптивных шагов по частоте и по задержке определять существенные ординаты корреляционной и спектральной функции (11 .

Недостатком данного устройства явля ется низкое быстродействие и сложность реализации в случае многомерных измерений.

Известно также устройство, содержащее в каждом из Ь каналов коррелометр, каждый из которых включает в себя блок аналого-цифорвых и,цифроаналоговых преобразователей, первый вход и выход которого соответственно являются входом и выходом устройства, блок выбора сомножителей, блок умножения, блок деления, блок сложения, блок формирования " случайных чисел и блок программного управления, а также ряд других вспомогательных блоков (управляемый фильтР. î< задания ошибки, блок текущего усреднения н: другие)ф) .

Недостатком устройства является недостаточное быстродействие при адаптивности измерений в условиях многомерного корреляционно-спектрального анализа.

Белью изобретения является повьипение быстродействия устройства. Эта цель достигается тем, что в устройство для определения матриц корреляционных и .спектральттьтх функций дополнительно введены первый и второй блоки регистров, З 6 п(р вый и Второй блоки коммутации, ((„1

Ф 1 ) — и блок программного управления, а в каждый из каналов введены блоки регистров, выходной блок регистров и блок коммутации, соответствующие входы . и выходы которого подключены к соответствующим выходам и входам блоков регистров, входы и выходы которых соединены соответственно с выходами и входами блока аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, блока выбора сомножителей, блока умножения, блока деления, блока сложения, блока форми рова ни я случай ных чисел и блока программного управления, второй вход и выход которого через выходной блок регистров подключены к соответствующим выходу и входу первого блока коммутапии, (L, t 1 ) — и вход и выход которого подключены соотвественно к выходу и входу первого блока регистров, втрой вход и второй выход которого подключены соответственно к выходу и входу (I. + 1 )-го блока программного управления, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу и входу второго

I блока регистров, второй вход и. выход ко- торого соединены соответственно с выходом и входом второго блока коммутации.

На чертеже приведена блок-схема описываемого устройства, состоящего из L коррелометров 1, содержащих блок преобразователей 2 (аналог-код и код-аналог}, блок выбора сомножителей 3, блок умножения 4, блоки регистров 5-11, выходной регистр 12, первый 13 и второй

14 регистры, блок деления 15, блок сло-i жения 16, блок формирования случайных чисел 17, блок программного управления

18, блоки коммутации 10-21, общий блок программного управления 22. Блок коммутапии имеет те же функции, что и упоминаемый в техни ской литературе блок шин.

Устройство работает следующим образом. Перед измерением на основе априорных данных с (L + 3 )-го блока программного управления 22 через его первые регистры 13, через блок коммутации 20 во все коррелометры 1, через блоки регистров 12 во все их блоки программного управления 18 записываются одновременные программы, а общая блок-программа хранится в (I„4 1,)-м; блоке прбграммного управления 22.

В соответствии с программами коррелометры 1 совместно с (f. w 1 )-M i блоком коммутации 20 измеряют все стр

91863 4 ки корреляционных и спектрационных матриц, а также I„математических ожиданий входных процессов, поступающих на входы коррелометров 1.

Однотипность блок-программ, наборов блоков и их связей во всех корреломе-,— рах 1 и между ними, позволяют рассмотреть работу устройства на примере вычисления функпий lP <4 (G,f f математи10 ческого ожидания п1 в коррелометре 1, В соответствии с блок-программой в блоке программного управления 18 задаются щаг по времени ь -ol&% шаг о 3. по задержке а. Г„= с1 ьC шаг по час-1 О тоте Ы =О л, число ординат на участке чискло участков, объем выборки апертуры аппроксимации b б, Ь функГуЗ ций матриц II И, II m11 I) f lf

После этого в коррелометре 1 проке иевеиитси измерение функиир {R g{ и математического ожидания П1 поре1 куррентным алгоритмам вида:

-1

1 к="к-1 " "к к-1" К,1Л i (/)

25 -1/ K K 1+" " К К-f КП1 7 (g) и / - р + > где 7 frl 1 текущие оценки корреля1 7 ционной функции, например, и математического ожидания соответствующего про30 цесса, Г - объем выборки Tl - К-е произведение, например, вида

< (< Р )" "р(" О Ч К1)

< (К (о+ м 4 / Чк ) = < К Рубы отсчет, равный трем старшим разрядам суммы отсчета x (М1, + С,1, 4- b QK> ) =%, „ и случайного числа и K,Х е хЯ(К ф >+ — отсчет второго процесса к;(ь) / А к

К-е значение случайной паузы между

40 (Х-4 )-м и К-м циклами; Хк — отсчет

"f(" {- +я д . Мк,) процесса х1 (4 ) формируемый в конце участка по аргуу "ри <> ma< 8„,9 случайные числа.

Учитывая однородность обмена между коррелометрами и их блоками через идентичные блоки регистров и блоки коммутации, остановимся более подробно на прин50 ципе взаимодействия блоков устройства в

К-м цикле работы на примере измерения корреляционной функции Я .(C) и математического ожидания гй1 процессов к1() и х (1)

Блок программного управления 18 через первый блок 11, первый блок коммутации 19, блок регистров 9 передает в блок сложения 16 предыдущую о- оценку гп„1 а блок формирования слу5 6 чайных чисел 17 через свой блок регистров 10 и через блок регистров 9 передает в блок 16 случайное число, Блок сложения 16 формирует сумму атого числа и оценки математического ожидания, которая через блок 9, блок коммутации 19 и блок 5 поступает в блок преобразователей 2, который на выходе формирует центрированный по текущей оценке математического ожидания процесс в виде последовательности отсчетов

91863 6.

К-1

Предыдущие оценкн Д например функции Я () поступают в блок сложе12 ния 16 через блок регистров 9, блок коммутации 19, блок 11 с первого, блока программного управления 18. Аналогичноо с блока формирования случайных чисел 17 вызываются в блок сложения 16 случайные числа и формируются суммы (%«1 + «g ) и, в соответствии с (1), о вычисляются оценки

В конце К-ro цикла определения К-х оценок этих ординат корреляционных функций происходит определение текущей

15 оценки математического ожидания щ« процесса Х1(4) в соответствии с (2).

Таким образом, в предложенном устройстве повышение быстродействия многомерных корреляционно-спектральных измерений достигнуто за счет параллельного определения К-х оценок корреляционных функций II Я „ II и математических ожиданий II щ„ всех исследуемых процессов.

При этом идентичный прием-передача данных между блоками коррелометров осуществляется через идентичные блоки регистров, блоки программного управления..

18, связанные с ними блоки регистров 11 и 12 и блоки коммутации 19 и 20. Такое построение устройства позволяет, как видно из описания, достигнуть максималь,ного быстродействия в асинхронном обмене данными между блоками хоррелометров, а также гибко перестраивать структуру, блок-программы работы и параметры и аначит, расширить возможности ограниченного, минимально необходимого набора блоков без введения дополнительных блоков и связей, т.е. без усложне4а ния устройства.

После Г циклов в блоках программного управления будут определены строчные корреляционные функции и математические ожидания и начинается процесс

45 сжатия данных корреляционных измерений и выбора параметров по времени, по задержке, по частоте для последующих измерений и фурье-преобразования корреляционных функций.

50 для этого определяются абсолютные апертуры д по нулевым ординатлмЯ (о) функции R+(4) и заданным приведенным апертурам 6 по алгоритмам

Таким образом, происходит центриро- вание до усиления и кодирования в соответствии с предыдущей оценкой математического ожидания. центрированный процесс кодируется с шагом ь| в блоке преобразования 2 и через блок регион ров 5 поступает в виде отсчетов в блок коммутации 19, а также через блок 11, блок программного управления 18, блок регистров 12 в (L <1 )-й блок коммутации 20 и далее, аналогично рассмотренному, в остальные коррелометры>в их блоки коммутации, аналогичные 20.

Блок сложения 16 через блок регистров 9 аапрашивает с блока., 19 отсчет

t (Kdto+ %pl dtPxi) в момент 4 „;=О т.е. в начале К-го цикла задержки, а также случайное число Я с блока формирования случайK K ных чисел 17 через его блок 12 и блок а

19. Полученная сумма (Х «+ SK p) через блоки 9, 19, 8 поступает в блок деления 15, который формирует отсчет

2,„в виде трех старших разрядов указанной суммы.

Полученный грубый отсчет Е,«с блока деления 15 через его блок регистров

8, через первый блок 19 и блок регистров 6 поступает в блок выбора сомножителей 3,. который формирует все необходимые комбинации сомножителей из грубых отсчетов Z ®„и отсчетов Х „... х„„ поступающих в этот блок из другйх коррелометров череа их блоки коммутации

19, блоку программного управления 18, блоки 11 и 12 и (1 i 0)-Ь блок коммутации 20.

Все необходимые комбинации сомножителей с блока выбора сомножителей

3 через его блок регистров 6 и блок

19 поступают в блок умножения 4 через блок 7. При этом формируются все необходимые лроиеведения Ig,е для

„,1 определения К-х функций.

p,ß = R (0)Р . (3) е= е

Для этого, например, нулевая ордипата о

Я с первого блока программного

I управления 18 через первый блок регист691863

5 Й1= 6(,) у {4сю) fn01 Зло

6(»;)-2Ы R(o)t4aK, к (д )соъ(2акд «д1 « «j) (46) И пор

G(»ps )=4дгуа Е. с({ЛС ц,)с05(2йд е «л х! «j <р, ) . (4Q)

Ю где G(» j) G »pp) спектральные плотнос- аналогично Рассмотренному вьппе процессу ти на первом и р=и участках Pl p2...$ -, измерениякорреляционнойфункцииитеми участки по частоте; fh - номер послед-, же блоками коррелометров, за исклю<- 40 него участка по частоте (< ), на: чением того, что вместо задержанных котором корреляционная функция затухает грубых отсчетов Е„„ формируются отсчедо уровня Ь ) к ("h< )й (д )- су-: ты соответствующих косинусощь Приэтом щественные ординаты )Я на 1-м и эти отсчеты хранятся в первом блоке р м соь(уд f 5 рогра о управц же хранятся и другие отсчеты, т.е. opC05{2XA „цд f «! «)- — (р )-(i« ) -е динаты корреляционной функции Я,(z), .ФО уа косинусоиды с первого и ц -го участков После определения всех ордина™

Г {) g Ч ГС 2 Л.д х д ю„шаги по ча рицы спектральных функций происходит ь „, .- . .. сжатие данных спектральных измерений, т.е. определение матрицы существенных п „о„аль„адД(ф )- ординат спектральной плотности и их часг н (1) го частка по аргумен у тот на основе адаптивной ступенчатой

Ц - спектральная плоскость шума и функции k(C) на участке/ б L 55 солютными апеРтУРами >Qp =6(о)д которые определяются аналогично рассмоткорреляции. ренному выше процессу определения соответствующих корреляционных параметров.

Вычисление спектральной плотности происходит в предложенном устройстве

7 ров 1 1, блок коммутации 19, блок 8, вызывается в блок деления 15, куда также вызывается аналогичным образом ве-f личина д, обратная приведенной апертуре, и происходит определение абсолютной апертуры в соответствии с (3 ). По лученная апертура обратным путем посту— пает в блок программного управления 18, который совместно с блоками сложения

16 через блоки 9 и 19 определяет все 10 существенные ординаты Я e fR, и их шаги fhtс, р j На основе адап1 тивной ступенчатой аппроксимации по измеренным ординатам (g, ) с апертурой д. Р

При этом критерия появления Я является первое превышение разности

{) с ) с 1 Ъ "де ) с- Дс две соседние существенные из текущих орди. нат оценок корреляционных функций. Су-

20 ществе нные ординаты оценок корреляционных функций и их шаги со всех блоков программного управления 18 через их блоки регистров 12, (L +1 )-й

25 блок коммутации 20 поступают через блок регистров 13 в (L+ 4,)-й блок; программного управления 22 и дальше, через блок 14, в блок коммутации 21, который является третьим уровнем иерархической структуры устройства, а в частном случае, выходы-входы блоков регистров 12 (L;e 1 )-го блока программного управления 22, являются выходами-входами устройства, с которых поступают в кодовой форме данные корреляционно-спектральных измерений. Кроме того,:данные измерений с блоков программного управления 18 через их блок регистров 11, блок коммутации 19, блоки регистров 5, блоки преобразователя 2 и аналоговой форме могут поступать на другие выходы коррелометров.

Блок программного управления 22 на основе анализа шагов llht Н определяет новый шаг ь t:< для всех корре( а лометров как наименьший вместо старого шага, и в соответствии с шагом изменяются параметры шага по времени ЬЙ O, hg шага по задержке

-1

АТ>-<М Ъ С шага пс частотед| =С д С и производится следующее измерение уже вторых участков корреляционных функций и их шагов.

Измерение спектральных функций ф, по корреляционным функциям и их шагам происходит по алгоритмам

9 691

Из рассмотрения принципа работы видно, что в предложенном устройстве определение основных наиболее информативных корреляционно-спектральных многомерных измерений достигнуто при минимальном числе блоков, наиболее сложно реализуемых в коррелометрах за счет введения идентичных блоков регистров вейтилей во все блоки устройства, а также идентичных блоков корреляции и 10 идентичной асинхронной связи между всеми блоками устройства с идентичным принципом обмена данными между всеми бло, ками в любом направлении, Все это позволяет достигнуть максимально возможного быстродействия и наиболее широких возможностей при данной совокупности минимально необходимых блоков в коррелометрах, Формула изобретения

Устройство для определения матриц

25 корреляционных и спектральных функций, содержащее в каждом из L каналов коррелометр, каждый из которых включает в себя блок аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, первый вход

30 и выход которого является соответственно входом и выходом устройства, блок выбора сомножителей, блок умножения, блок, деления, блок сложения, блок формирования случайных чисел и блок прог35 раммного управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше. ния быстродействия, в устройство дополнительно введены первый и второй бло863 1О ки регистров, первый и второй блоки коммутации, (L 4 3 )-й блок программно- го управления, а в каждый из каналов введены блоки регистров выходной блок регистров и блок коммутации, соответствующие входы и выходы которого подключены к соответствующим выходам и входам блоков регистров, входы и выходы которых соединены соответственно с выходами и входами блока аналогоцифровых и;цифроаналоговых; преобразователей, блока выбора сомножителей, блока умножения, блока деления, блока сложения, блока формирования случайных чисел и блока программного управления, второй вход и выход которого через выходной блок регистров подключены к соответствующим выходу и входу первого блока коммутации, (.+ ) )-й вход и выход которого подключены соответственно к выходу и входу первого блока. регистров, второй вход и второй выход которого подключены соответственно к выходу и входу (. + 1 )-го блока программного управления второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу и входу второго блока регистров, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом второго блока коммутации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

l4 474014, кл. Q 06 Р 25/34, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке No 2189390, кл. (06 Г

15/34, 1976 (прототип) .

691863

xi(t

Составитель В. Жовинский

Редактор И. Веселкина Техред О. Андрейко

Корректор H. Степ

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная 4

Заказ 6218/40 Тираж 780

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по дела .. изобретений и открытий

213035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5