Устройство для определения взаимной корреляционной функции

 

ОП ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii, 691 (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24,06.77(21) 2499480/18-24 с присоединением заявки М— (5 l ) M. Кл.

Ст 06 Г 15/34

Государственный квинтет

АЗССР ао делам нэооратоннй н открмтнй (23 ) Приоритет—

Опубликовано" 15 10.79. Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 20.10,79. (53) .УДК 681.323 (088.8 ) (72} Авторы изобретения

B. В, Динкевич, А. Г. Кан и Ю. И. (7I) Заявитель

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВЗАИМНОЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ е

Изобретение относится к корреляционному анализу и может быть использовано в системах автоматического управления и пассивных локационных системах для измерения задержки случайных сигналов.

Для указанных целей наиболее часто при меняют коррелометры параллельного и параллельно-последовательного дейст« вия, работающие по методу умножения.

И звесте н к оррелометр (1 ), который однако вносит большие погрешности при обработке сигналов, имеющих относительный допплеровский сдвиг по частоте.

Наиболее близким к данному изобретению является устройство, получившее название коррелометра Стилтьеса (2(°

Это устройство для определения взаимной корреляционной фуяция содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых явля-, ются соответственно первым и вторым входами устройства, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, выход которого через экстремальный анализатор подключен к первому входу первого элемента И и к первому входу блока сравнения кодов, выход которого подключен ко второму входу первого элемента

И, выход которого через первый регистр соединен со вторым входом блока сравнения кодов, тактовый генератор, вход которого объединен с первым входом триггера и является управляющим входом устройства, выход тактового генератора соединен со входами первого, второго и управляемого делителя частоты, выход первого делителя частоты под15 ключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом триггера, а выход второго элемента И соединен со входом счетчика, выход которого соединен со вторым входом триггера, выходы второ гЬ и управляемого делителя частоты .подключены соответственно к управляющим входам первого и второго аналогоцифровых преобразователей.

866 4 ты И 9-13, счетчик числа импульсов 14, экстремальный анализатор 15, регистры

16 и 17, блок сравнения кодов 18, триггер 19.

Принцип работы устройства вытекает из следуюших соображений. Вследствие постоянного допплеровского смещения спектра сигнала y(4), последний оказывается равномерно сжатым (или растянутым) по оси t относительно процесса

)c(4). При этом связь между сигналами

Х() и () ослабевает, их взаимная корреляционная функция (ВКФ) искажается вообще и, в частности, уменьшается по амплитуде. Для упрощения рассуждений, не умаляя их общности, положим, что допплеровское смещение "сжимает" сигнал ц(Е),то есть вектор скорости источника сигналов направлен от приемника х к npuf емнику . Положим также, что сигнал 9(<) (фиг. 1а), спектр которого ограничен частотой среза 1 подвергается дискретие зации с частотои ) 2f . В результате дискретизации получается последовательность отсчетов, расположенных с интерI валом — из которых можно восстановить

i исходный процесс при помоши функции отсчетов. Увеличим частоту дискретизации в k раа. При атом получим новую последовательность отсчетов (фиг. 1б) и эти новые отсчеты расположим с интервалом . Если восстановить теперь непрерывныХ сигнал, то вновь полученный процесс ц(С„) будет равномерно растянут по оси t, относительно исходного процес, са q(t) в k раз. Таким образом, подвер» гая процессх(1) дискретизации с частотой 1 и процесс q(<) - дискретизации с частотой kf а затем располагая отсчеты сигнала q(g) с интервалами — можно

f скомпенсировать исходное допплеровское смешение. Полная компенсация произойдет при выполнении равенства

V к 1+—

С где У вЂ” скорость передвижения источника сигналов от приемника Х к приемнику ц

С вЂ” скорость распространения сиг-. налов в данной среде.

Выбор частоты дискретизации 1 2,; из условия теоремы Котельникова не является обязательным и использован только для наглядности рассуждений. В предлагаемом устройстве частота fo выбирается в аависимости от необходимого ин,тервала д1." дискретизации коррелограммы, а при испольаовании в корреляторе ме35

3 691

Г1ри использовании известных устройств предполагается, что исследуемые сигналы принадлежат одному частотному диапазону, Это ограничивает область применения таких устройств, так как во многих случаях источник сигналов пере- мещается от одного приемника к другому, следовательно возникает линейное частотное искажение сигналов - аффект

Допплера. При этом происходит смешение по частоте спектра сигнала, полученного от одного из приемников относительно спектра сигнала, полученного другим приемником. Допплеровское смешение частоты при неподвижных приемни15 ках может достигать, например, в акустике десятков и сотен процентов. Это приводит к декорреляции сигналов, иска» жению формы взаимной корреляционной функции, в частности, к уменьшению ее го максимума и смещению его по оси аргумента.

Цель изобретения — повышение точности при работе с сигналами, подвергнутыми линейным частотным искажениям.

Для достижения цели в предлагаемый коррелометр дополнительно введены третий, четвертый и пятый элементы И, эле-, мент ИЛИ и второй регистр, вход которого подключен к выходу третьего элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам счетчика и блока сравнения кодов, выход второго регистра соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход подключен к управляющему входу управляемого делителя час- 4О тоты, первый вход пятого элемента И соединен с выходом вычислительного блока, вторые входы четверт-1го и пятого алементов И подключены ко второму выходу триггера. 45

На фиг. 1 изображены эпюры напряжений, действуюших в предлагаемом устройстве; на фиг. 2 — блок-схема устройства определения взаимной корреляционной функции.Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, делители частоты (следования импульсов) 2 и 3 с фиксированными рааличными коэффициентами деления, управляемый делитель частоты 4 следования импульсов с управл. емым коэффициентом деления, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, элемент ИЛИ 7, вы числительный блок(коррелятор) 8, элемен-:

691866

5 тода некоррелированных выборок - еще и в зависимости от величины интервала корреляции процессов x(t) и ().

Устройство для определения взаимной корреляционной функции работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 1, триггер 19 и регистры 16 и 17 обнулены. На управляющий вход дели"еля частоты 4 от счетчика 14 через элемент ИЛИ 7 поступает слово, состоящее из логических нулей, при этом коэффициенты деления частоты импульсов бло-, ков 2 и 4 равны между собой. Фиксированный коэффициент деления блока 3 выби-( рается таким, чтобы в интервале между его выходными импульсами произошло построение коррелограммы вычислительным блоком 8, определение максимальной ординаты корреляционной функции экстремальнь|м анализатором 16 и сравнение кодов блоком 18.

Нулевой цикл работы устройства начинается с приходом запускающего импульса, который включает генератор тактовых импульсов 1 и устанавливает триг-. гер 19 в состояние "1"..

Тактовые импульсы, проходя через делители частоты 2 и 4, поступают на синхронизирующие входы аналого-цифрозо вых преобразователей (AIIH) 5 и 6, благодаря чему входные сигналы х(1) и g(4) подвергаются дискретизации с одинаковой частотой, определяемой фиксированным коэффициентом деления блока 2, От35 счеты процессовХ(с) иц® поступают в вычислительный блок 8, который определяет их ВКФ. Выход блока 8 при этом отключен от выхода всего устройства, так как элемент И 13 запр т присутсч вием логического О" на нулевом выходе триггера 19. Поэтому значения всех ординат коррелограммы поступают только в экспериментальный анализатор 15, ко45 торий выдает код максимальной ордина- . ты ВКФ на вход блока 18 сравнения кодов. Этот блок сравнивает коды, поступающие от экстремального анализатора

15 и регистра 16. Если вновь прступив50. шие от экстремального анализатора число превышает код, хранящийся в регистре 16, то на выходе блока сравнения появляется уровень логической "1", который открывает элементы 11 и 12. При этом в регистр 16 хранения записывается новое максимальное значение ординаты, а в регистр 17 содержимое счетчика 14, то есть номер цикла. 6

Таким образом, в нулевом цикле работы блок сравнения 1.8 производит сра знение максимальной ординаты ВКФ и нулевого содержимого регистра 16. На выходе блока 18 появляется логическая

"1", открываются элементы И 11 и 12 и в регистр 16 записывается значение максимума ВКФ, полученное в нулевом цикле, т.е. при одинаковых частотах дискретизации процессов x(4) и ц(1) . В регистр 17 заносится нулевое значение содержимого счетчика 14.

По окончании этих операций на выходе делителя частоты 3 следования импульсов появляется первый импульс, который через открытый элемент И 9 проходит на вход счетчика 14. Код этого состояния счетчика через элемент ИЛИ

7 поступает на управляющий вход делителя 4, благодаря чему коэффициент деления частоты следования импульсов управления делителя становится меньшим.

Импульсы на синхронизирующий вход

AlJll 6 поступают чаще и частота дискретизации сигналаg(f) увеличивается.

Теперь она выше частоты дискретизации сигнала на величинуЬ Й. . Коррелятор теперь определяет .ВКФ между сигналом

X(t) и несколько "растянутым» сигналом

Ц(1 1 . После окончания измерения максимальная ордината этой ВКФ поступает на вход блоке сравнения кодов 18 и, если она превышает максимум предыдущей ВКФ, то заносится в регистр 16, а в регистр 17 записывается соответствующий ей номер цикла, в данном случае - первый

В завершение первого цикла на выходе делителя частоты следования импульсов 3 появляется второй (от начала работы) импульс, который через элемент И 9 проходит на счетчик 14., В этот момент начинается второй цикл, в котором, как и во всех последующих, работа устройства протекает аналогично: изменяется коэффициент деления частоты импульсов блока 4, частота дискретизации увеличивается до значения

+ 4@f (3 - номер цикла), 0 коррелятор определяет ВКФ между сигналом х(1) и еще более растянутыми сигналами q(tl), экстремальный анализатор 15 выделяет максимальную орлинату очередной ВКФ, а экстремальный анализатор, состоящий из элемента И 1.3 и блока 18, заносит в регистр 16 максимальную из множества вычисленных

7 6918 за i циклов ординат ВКФ„а в регистр

17 — соответствующий номер цикла.

Устройство работает в описанном режиме и циклов, причем и выбирается из соотношенття(тт-1) л,) f g где макс — заранее известный максимальньтй доплеровский сдвиг, пересчитанный в частоту дискретизации.

Таким образом, в течение и циклов были получены ВКФ между сигналом х() )î и семейством смещенных в частотной области относительно сигнала g(t) сигналовц(). При этом направление смещения было противоположным исходному допплеровскому смещению спектра сигна- 15 ла g(6), Иными словами исходное допплеровское смещение сигнала () относительно

)фЕ) компенсировалось шагами величиной

hf> и при некотором л (j(n) было ском-2О пенсировано с точностью до Я

При этом статистическая связь между сигналами х и ц стала максимальной и максимум ).-рй ВКФ превысил максимумы всех остальных ВКФ.

К моменту поступления на вход счетчика 14 П -го импульса от делителя частоты 3, в регистре 16 хранится наибольший из ряда максимумов ВКФ, т.е. максимум ВКФ цикла, в котором доппле-; ЗО ровское смещение было скомпенсировано,, а в регистре 17 — номер атого цикла.

При этом номер цикла, очевидно, совпадает с кодом, который управлял перестрайваемьтм делителем 4 через элемент ИЛИ 5 в том же цикле.

Емкость счетчика 14 равна rl . По окончании (g-1 )-го цикла работы от делителя частоты 3 через элемент И 9

4Q поступает импульс, который переполняет счетчик 14. При этом счетчик переходйт в нулевое состояние, а сигнал с его вы-. хода устанавливает триггер 19 в нулевое: состояние. Благодаря атому запирается алемент И 9 и последующие имйульсы с

45.. выхода делителя 3 йе изменяют состояЪ ние счетчика 14. Кроме этого открываются элементы И 10 и 13. Через элемент И 10 и элемент ИЛИ 7 код номе50 ра цикла, в котором было скомпенсировано допплеровское смещение, поступает из регистра 17 на управляющий вход делителя частоты 4, устанавливая тот коэффициент деления, который был в упомянутом цикле. Благодаря этому дискретизация процесса q(t) происходит с той частотой, которая необходима для компенсации его допплеровского смещения.

66 8

Результаты измерения ВКФ теперь ттоступают от вычислительного блока 8 на выход устройства через элемент И 13 и могут использоваться для последующего анализа до тех пор, пока величина допплеровского смешения не изменится. Когда это произойдет следует подать сигнал

Запуск и устройство в течение гт циклов настроится на новую величину смещения.

Предлагаемое устройство для измерения ВКФ может работать и при противоположном знаке допплеровского смещения, а также при неизвестном направлении смещения, однако s последнем случае режим настройки продолжается 2 rl циклов, Формула изобретения Устройство для определения взаимной корреляционной функции содержащее первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, выход которого через экстремальный анализатор подключен к первому входу первого алемента И и к первому входу блока сравнения кодов, выход которого подключен ко второму входу первого элемента И, выход которого через первый регистр соединен со вторым входом блока сравнения кодов, тактовый генератор, вход которого объединен с первым входом триггера и является управляющим входом устройства, выход тактового генератора соединен со входами первого, второго и управляемого делителя частоты, выход первого делителя частоты подключен к первому входу второго алемента И, второй вход которого соединен с первым выходом триггера, а выход второго элемента И соединен со входом счетчика, выход которого соединен со вторым входом триггера, выходы второго и управляемого делителя частоты подключены соответственно к управлятощим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения тбчности, в устройство дополнительно введены третий, четвертый и пя,тый элементы И; алемент ИЛИ и второй регистр, вход которого подключен к выходу третьего элемента И, входы кото9 691866 10 рого подключены соответственно к вы- четвертого и пятого элементов И подходам счетчика и блока сравнения кодов, ключены ко второму выходу триггера. выход второго регистра соединен с. пер- И сточ ники и нформапи и, вым входом четвертого элемента И, вы- принятые во внимание при экспертное ход которого подключен к первому вхо- 5 1. Грибанов Ю. Н., Веселова Г., П. ду элемента ИЛИ, второй вход которого н Андреев.В. B., Автоматические пифросоединен с выходом счетчика, а выход вые корреляторы, "Энергия, М., 1971 подключен к управляющему входу, управ- с. 169. ляемого делителя частоты, первый вход 2. Мирский Г. Я., Аппаратурное опрепитого элемента И соединен с выходом 10 деление характеристик случайных пропесвычислительного блока, вторые входы сов, Энергия, М.q 1972, с. 132-134. () ЮГ. Я

Щ?ИИПИ Заказ 6 2) 8/40 Тираж 780 Подписное

Филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4