Двухканальный коррелометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ

«i>741273 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.0 7.7 7 (21) 2508718/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.80. Бюллетень ИЯ 22

Дата опубликования описания 1806.80 (51)М. КЛ.2.G 06 F 15/34

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 661. 323 (088.8) (72) Авторы изобретения

A Æ. Виксна и P Â. Вейс

Специальное конструкторское бюро научного приборостроения Института механики полимеров

AH Латвийской CCP. (71) Заявитель (54 ) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР кванта.

Изобретение относится к области . специализированных средств вычислительной техники для определения корреляционных функций.

Известны корреляторы с грубым квантованием, разновидностью которого является знаковый коррелометр. В этом коррелометре применяются самые быстродействующие аналого-.цифровые преобразователи считывания, имеющие минимальные ошибки дискретизации и квантования. Такой коррелометр (1), содержащий набор схем сравнения и схему умножения, может быть широкополосным, однако ему присуща методическая погрешность в виде смещения оценки результата. Эту погрешность можно минимизировать, увеличивая число уровней квантования, однако такое решение усложняет аналоговую часть устройства.

Наиболее близким к данному изобретению является коррелометр с грубым детерминированно-вероятностным кван- 25 тованием, содержащий последовательно соединенные генератор стробимпульсов, элемент задержки и сетчик, выход ко- торого подключен к управляющему входу генератора стробимпульсов, блок циф- 30 ровой обработки, первый вход которого соединен с выходом элемента эадерж ки, а второй и третий входы подключены к выходам к ан BJIo В каждый из кото» рых содержит блок согласования, вход которого является входом коррелометра, а выход подключен к первым входам компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам делителей напряжения, первый вход которого подключен к источнику тока, управляющие входы компараторов перво-

Го канала соединены с выходом генератора стробимпульсов, управляющие входы компараторов второго канала соецинены с выходом элемента задержки (2) .

При определении этим устройством взаимной корреляции исследуемых случайных процессов осуществляется детерминированно-вероятностное квантование сигналов, в результате чего получают несмещение оценки мгновенных значений сигналов. Максимальная погрешность при таком квантовании Ьтт;-ц, а усредненная при большом размахе сигнала Л = -ф-, где g — величина

741273

При детермированном квантовании

<.у 2

А, gi2, а Ь -, если число уровней квантования велико (т.е. нет грубого квантования) и размах сигнала большой. В общем случае погрешность квантования зависит от величины сигнала и при проектировании устройств приходится или накладывать ограничения на параметры сигнала, или вводить необходимяй запас по точности для неблагоприятных ситуаций. Значит детерминировано-вероятностное квантование в обоих каналах коррелометра позволяет осуществить режим грубого квантования и избавиться от наиболее неприятной систематической погрешности.

Однако добавление к сигналу вспомогательного случайного сигнала, по сравнению с детерминированным квантованием, в два раза увеличивает максимальную и усредненную погрешность, из-за чего приходится увеличивать .время измерения. Оптимальной была бы такая структура коррелометра, которая позволила бы получить несмещенные оценки мгновенных значений сигнала с погрешностями Ь и Ж, равными минимально возможным, т.е. g/2 и ggl2.

Если ошибка квантования статистически независима от величины сигнала, то,такой коррелометр не имел. бы ограничения на параметры сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый канал коррелометра введены цифроаналоговый преобразователь, генератор случайных чисел и сумматор, один вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, а другие — к соответствующим выходам компараторов своего канала, выход цифроаналогового преобразователя подключен ко второму входу делителя напряжения, управляющие входы генератора случайных чисел первого и второго каналов подключены соответственно к выходу генератора стробимпульсов и к выходу элемента задержки.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого коррелометра.

Коррелометр содержит каналы A и Б предварительной обработки сигнала, в каждом канале — блок согласования 1, источник тока 2, делитель напряжения

3, включенный между источником тока 2 и выходом цифроаналогового преобразователя 4. Блок 1 соединен с первыми входами компараторов 5, вторые входы которых соединены с отводами" делителя напряжения З..Велйчина тока источника тока 2 и величина напряжения делителя определяет величину кванта.

Генератор б случайных чисел подключен к цифроаналоговому преобразователю 4 и входу сумматора 7, к.другим входам которого подключены выходы ком параторов 5. В сумматоре 7 осуществляется преобразование унитарного кода компараторов 5 в бинарный код и вычитание из оценки мгновенного значения сигнала цифрового эквивалента мгновенного значения вспомогательного случайного сигнала цифроаналогового преобразователя 4. В блоке 8 цифровой обработки, подключенном к входам сумматоров 7, перемножаются оценки мгновенных значений сигналов и результаты усредняются. Временное согласование (О всего устройства осуществляется генератором 9 стробимпульсов, подключенным непосредственно к управляющим входам компараторов 5 и генератора 6 случайных чисел канала А, а через

15 элемент задержки 10 — к управляющим входам компараторов 5 и генератора 6 случайных чисел канала Б, к управляющему входу блока 8 цифровой обработки. Выход счетчика 11 соединен с вхоЩ дом управления генератора 9 стробимпульсов.

В результате добавления к сигналу вспомогательного сигнала с равномерным распределением, последующего

25 квантования этой адпитивной смеси и вычитания из результата квантования цифрового эквивалента вспомогательного сигнала получают несмещенную оценку мгновенного значения сигнала, погрешность которой не больше т g/2, а дисперсия оценок не более g /12.

Важными. преимуществом является еще и то, что одномерное распределение ошибки равномерное, не зависит от сигнала, а спектр ошибки равномерный, подобный белому шуму.

В корреломЕтре нет явного суммирования сигнала с вспомогательным сигналом. Это выполняется косвенно сдвигом семейства. опорных уровней

40 квантования. Поэтому оценка мгновенного значения сигнала х" определяети ся согласно выражению x = ng + k+

- g/2 для положительных значений сигнала, или х" = -ng + (g - g<) — g/2

4g для отрицательных значений сигнала, где и — число сработавших компараторов 5. Последнее выражение можно преобразовать в виде х"= (ng + g< - g/2).

Значит, в сумматорах получают код coJIBcHo выражению (ng + ф — g/2) име

>щему знак ю1+11 или ю 1 — 1ю

Работу коррелометра удобнее рассмотреть с начала измерения корреляционного момента. Под воздействием стробимпульса генератора 9 происходит

55 стробирование компараторов 5 и фиксация результата квантования. Одновременно происходит выдача цифрового эквивалента мгновенного значения вспомогательного сигнала с генератора 6

6() случайных чисел в сумматор 7 и генерирование нового случайного числа, которое сменяет старое число на входе цифроаналогового преобразователя 4.

Элемент 10 задержки задерживает строб

65 импульс на время Ф, после чего в ка741273 нале Б происходит аналогичная последовательность операций, за исключением того, что блок 8 цифровой обработки получает тактовый импульс под воздействием которого оценки перемно. жаются и усредняются. Число тактовых импульсов подсчитывает накапливающий счетчик 11, при переполнении которого измерительный цикл прекращается.

Введение новых элементов — сумматоров и выполнение генератора вспомогательного случайного сигнала в виде последовательно соединенных генератора случайных чисел и цифроаналогового преобразователя позволяет в полной мере использовать потенциальные воэможности стохастического квантования сигналов в каналах предварительной обработки сигналов. Статическая погрешность измерения, по сравнению с прототипом, при прочих одинаковых параметрах снижается в два ра1а. Введение новых элементов приводит к некоторому усложнению устройства, однако при современном уровне цифровых интегральных схем, это оправдывается, так как выгоднее 25 повышать метрологические параметры устройства не за счет аналоговой, а за счет дискретной части устройства.

Например, оба сумматора и блок цифровой обработки можно заменить микро- 3Q процессом или выполнить на микросхемах средней степени интеграции, например,К155 ИПЗ. Выполнение генератора случайного сигнала в виде генератора случаЙных или псевдослучайных 35 чисел с цифроаналоговым преобразователем также соответствует современным тенденциям в приборостроении, так как позволяет гарантировать стабильность и точность вероятностных харак-,0 теристик сигнала. Частота смены кодов цифроаналогового преобразователя равна частоте взятия парных выборок, т.е. требования к быстродействию этого узла не очень высокие.

Основными достоинствами предложенного устройства являются повышение точности измерения и независимость статистической, погрешности от параметров сигнала.

Формула изобретения

Двухканальный коррелометр, содержащий последовательно соединенные генератор стробимпульсов, элемент задержки и счетчик, выход которого подключен к управляющему входу генератора стробимпульсов, блок цифровой обработки, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки, а второй и третий входы,,подключены к выводам каналов, каждый из которых содержит блок согласования, вход которого является входом коррелометра, а выход подключен к первым входам компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам делителя напряжения, первый вход которого подключен к источнику тока, управляющие входы компараторов первого канала соединены с выходом генератора стробимпульсов, управляющие входы компараторов второго канала соединены с выходом элемента задержки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в каждый канал коррелометра введены цифроанапоговый преобразователь, генератор случайных чисел и сумматор, один вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, а другие к соответствующим выходам компараторов своего канала, выход цифроаналогового преобразователя подключен к второму входу делителя, напряжения, управляющие входы генераторов случайных чисел первого и второго каналов подключены соответственно к выходу генератора стробимпульсов и к выходу элемента задержки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Жовинский В.Н., Арховский В.Ф:, Корреляционные устройства, М., Энергия, 1974, .с. 23, 199.

2. Авторское свидетельство СССР

9 515113, кл. G 06 F 15/34, 1975 ,(прототип) .

741273

Заказ 3205/48

Тираж 751 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель В. Жовинский

Редактор Н. Каменская Техред Н.Бабурка Корректор Е. Папп