Цифровой коррелометр

 

О и И C À Ì- - Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.

6 06 Г 15/31 (22) Заявлено 1001.79 (21) 2711194/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 3 0,1 1,8 0, Бюллетень Йо 4 4

Дата опубликования описания 30,1180

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 681.323 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. С. Демченко и В. Н. Андреев

Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени завод электроизмерительных приборов 1 ЗИП (71) За яв ктел ь (54) ЦИФРОВОЙ KOPPE3I0NETP

ЗО

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для одновременного определения в реальном масштабе времени обеих ветвей корреляционной функции 5 высокочастотных случайных процессов аппаратурой ограниченного быстродействия и может использоваться в системах автоматического управления технологического контроля, диагности- 1О ки, обработки информации и т.д.

Известны коррелометры для одновременного вычисления обеих ветвей корреляционной функции (КФ) стационарных случайных процессов (1j . 15

Этот коррелометр содержит две цепочки, состоящие из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и регистра сомножителя, . 20 выходы регистров через блок умножения подключены к сумматору произведения, соединенному с входом и выхо" дом запоминающего устройства, причем в каждую цепочку дополнительно введен 25 регистр сомножителя, вход которого соединен с выходом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, а выход подключен к соответствующему входу блока умножения.

Коррелометр дает возможность вычислять в реальном масштабе времени по одной реализации ординаты обеих ветвей КФ, однако он не позволяет обрабатывать входные сигналы с частотой больше, чем т = 1/b.ü = 1/То что существенно ограничивает частотные свойства коррелометра и снижает эффективность работы.

Наиболее близким техническим решением является коррелометр, содержащий квантователи сигналов (эквивалентные аналого-цифровым преобразователям), расширители импульсов (эквивалентные промежуточньм регистрам), блок умножения, блок суммирования и накопления, блок памяти, счетчик и генератор тактовых импульсов (2) .

Такой коррелометр имеет недостаточный диапазон частот при использовании цифровых элементов.

Цель изобретения — повышение частотного диапазона входных сигналов при сохранении ограничений на быстродействие элементной базы.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой корреклометр, содержащий первый и второй аналого-цифро вые преобразователи, информационные

783797 входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелометра, а выходы через первый и второй регистры сомножителя соответственно подключены к первому и второму входам блока умножения, выход которого

Соединен с первым входом сумматора

1 произведения, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, вход которого йодключен к выходу сумматора проиэвед ний, генератора импульсов, выход которого сое Q динен с входом счетчика, введены третий и четвертый аналого-цифровые преобразователи, т эетий и четвертый регистры сомножителя, два

Элемента И, два триггера, блок срав- Я нения коцов и блок задания кодов, выход которого подключен к первому входу блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом группы старших разрядов счетчика, 2О первые вхоцы.элементов И подключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу переполнения группы младших разрядов счетчика, вторые входы элементов И соединены с выходами соответствующих триггеров, первые входы. которых объединеНы и подключены к входу установки нуля коррелометра, выход первого элемента И соединен с управляющими входами первого и второго аналого-циф- 30 ровых преобразователей и с вторым входом первого триггера, второй вход второго триггера подключен к выходу переполнения группы средних разрядов счетчика, выход второго элемента 35

И соединен с управляющими входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых подключены соответственно к первому и второму входам коррелометра, а выходы — через третий и четвертый регистры сомножителя соединены соответвтенно с третьим и четвертым входами блока умножения., На фиг. 1 изображена функциональная схема предл .гаемого коррелометра.

Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1, 2, о регистры сомножителей 3, 4, 5, 6, блок 7 умножения, сумматор 8 произведений, блок 9 памяти, первый и второй элементы И 10, 11, первый и второй триггеры 12, 13 запуска аналогоцифровых преобразователей, счетчик

14 запуска АЦП, состоящий иэ трех

Групп разрядов 15, 16, 17, блок 18 сравнения кодов, блок 19 задания кодов, аналого-цифровые преобразователи 20,21. Цепь переполнения первой 40 группы разрядов счетчика 14 представляет собой соединение между выходом первой группы разрядов 15 и входом второй группы разрядов 16 счетчика, а цепь переполнения второй .группы 65 разрядов представляет соединение между выходом второй группы разрядов 16 и вхоцом третьей группы разрядов 17.

Первая цепочка, состоящая из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 1 и регистра сомножителя 3, вторая цепочка из

АЦП ? и регистра сомножителя б, первая дополнительная цепочка АЦП 20 и регистра сомножителя 4, вторая дополнительная цепочка иэ АЦП 21 и регистра сомножителя 5 через выходы регистров сомножителя 5 через вьхоцы регистров сомножителей 3-6 соединены с входами блока 7 умножения, выход которого соединен с входом сумматора

8 произведений, соединенного с входами и выхоцаМи запоминающего устройства 9. Устройство содержит .генератор импульсов 2?.

Выход первого элемента И 10 соединен с одним иэ установочных входов первого триггера .2 разрешения эа".óñêà АЦП и с управляющими входами

АЦП 1 и 2.

Первые входы первого 10 и второго

11 элемен — à И соединены соответственНо с выходами первого 12 и второго

13 триггеров разрешения запуска АЦП.

Выход второго элемен= à И 11 соединен с управляющими входами дополнительных

АЦП ?О и 21 первой и второй цепочек.

Второй вход второго элемента И соединен с цепью переполнения первой группы разрядов 15 счетчика 14, цепь переполнения второй группы разрядов

16 связан с одним из установочных входов второго триггера 13 разрешений запуска АЦП, другие входы триггеров

12, 13 соединены вместе. Второй вход первого элемента И 10 и счетный вход счетчика запуска i,ÖÏ соединены вместе и подключены к выходу генератора 22.

Счетчик запуска AL;;II состоит иэ последовательно соединенных трех групп разрядов 15, 16, 17. Установочный вход первой группы разрядов 15 счетчика

14 соединен с выходом блока 18 сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока 19 задания кодов

{отношения}, а другой вход соединен с выходом третьей группы разрядов 17 счетчика 14.

Первая группа разрядов 15 производит пересчет тактовых сигналов на величину Q, определяемую отношением времени Т обработки сомножителей к

0 шагу задержки выбора АЦП Л1 . Вторая группа разрядов 16 осуществляет перел счет тактовых импульсов на g,ÃË = Ф, где Vn -- число вычисляемых ординат

КФ, rn — число вычисляемых ординат в частном цикле. Третья группа разрядов 17 производит пересчет тактовы импульсов на Ф Гф . Перенос сигнала иэ второй группы разрядов .16 счетчика в третью означает конец частного цикла, по которому сбрасывается в "0" второй триггер 13 раэре783797 щения запуска АЦП, группы разрядов

15, 1б счетчика 14, и информация из третьей группы разрядов 17 через блок

18 сравнения кодов (занесения)и установочные входы первой группы разрядов 15 заносится в обратном коде в первую группу разрядов 15 счетчика

14. При совпадении кода на третьей группе разрядов 17 и набранного на блоке 19 задания кодов (отношения), блоком 18 вырабатывается команда окончания одного полного цикла вычис-. о лений, по которой сбрасывает в "0" счетчика 14.

Блок 18 сравнения кодов (занесения) представляет собой набор инверторов и схем сравнения. При несрав- l5 нении кодов, поступающих на вход от третьей группы разрядов 17 счетчика и от блока 19 задания кодов (отноше" ний), коды от третьей группы разрядов 17 счетчика инвертируются и вы- щ даются на выход схемы занесения.

При сравнении кодов выдается сигнал сравнения и запрет выдачи инверсных кодов.

Выбор АЦП производится по командам,> поступающим от выходов элементов И

10, 11. Разрешающие потенциалы прохождения сигналов выбора АЦП на элементы

И 10, 11 поступают от первого 12 и второго 13 триггеров разрешения запуска АЦП. На второй вход первого элемента И 10 и на счетный вход первой группы разрядов 15 счетчика 14 подаются тактовые сигналы с периодом g . На второй вход второго элемента И 11 поступают тактовые сигналы с пересчетом íà g, т.е. через каждые с тактов на выходе будут появляться сигналы ЛЬ. Начало выбора АЦП определяется командой у "0", которая поступает на установочные 40 входы первого 12 и второго 13 триггеров разрешения запуска АЦП.

Работа коррелометра состоит из квантования входных случайных сигналов во времени, по амплитуде, записи полученных дискретных отсчетов вход- ных сигналов на регистры сомножителей и вычислений ординат КФ. В зависимости от времени To, необходимого для вычисления по одной ординате пря- о мой и обратной ветви КФ и частотных свойств входных случайных сигналов. (6 Г) выбирается параметр с, q =То/М; величина устанавливается на блоке

19 задания кодов (отношения).

Процесс получения дискретных отсчетов входнйх сигналов и вычисления ординат, КФ состоит из и циклов. Работа коррелометра будет рассмотрена для ) -ro полного цикла получения . дискретных отсчетов входных сигналов gg и ординат КФ. Каждый полный цикл состоит из ц частных циклов. В пределах частотного цикла произносится однЪ выборка АЦП 1, 2 и m выборок

АЦП 20, 21. б5

На последнем такте ) -1 цикла счетчик 14 сбрасывается в" 0". Нулевой код с третьей группы разрядов 17 счетчика 14 через блок 18 сравнения кодов (занесения) в обратном коде заносится в первую группу разрядов 16 счетчика. На этом 1- 1 цикл заканчивается.

На 9 -том цикле на установочные входы первого и второго триггеров 12 и 13 разрешения запуска АЦП, поступает сигнал у "0" установки триггеров

12, 13 в исходное состояние.

Разрешающие потенциалы с выходов триггеров 12, 13 поступают на первый

10 и второй 11 элементы И. На второй вход первого элемента И и на счетный вход счетчика 14 подаются тактовые импульсы с периодом Ю . Первый тактовый импульс через первый элемент

И 10 и через цепь сквозного переноса и второй элемент И 11 производит запуск АЦП 1, 2 и 20, 21. По заднему фронту первого тактового импульса триггер 12 перебрасывается и запрещает прохождение тактовых импульсов на запуск АЦП 1 и 2.

Через с тактовых имлульсов АЦП

20 и 21 запускаются повторно (всего м раз). После 1п тактовых ижтульсов с выхода второй группы разрядов 16 счетчика 14 вырабатывается импульс, который перебрасывает второй триггер 13 разрешения запуска АЦП и запрещает запуск AOII,20 и 21, сбрасывается первая и вторая группы разрядов счетчика и добавляется импульс в третью группу разрядов счетчика.

Содержимое третьей группы разрядов счетчика через блок 18 сравнения кодов (занесения) сомножителей 3, 5 и установочные входы заносятся в обратном коде в первую группу разрядов.

На этом оканчивается первый частный цикл.

Аналогична выполняется второй частный цикл, но в этом случае запускающие импульсы AIIII 20 и 21 по отношению к запускающим импульсам АЦП 1 и

2 поступают со сдвигом на Ь " на третьем частном цикле — на 2Ж, на ф частном цикле (g-1) Ю . После выполнения Q -го частного цикла в третьей группе разрядов счетчика будет зарегистрировано ф импульсов.

В этом случае на блоке 18 сравнения (занесения) кодов происходит сравнение.: кодов, поступающих от третьей группы разрядов и кодов от блока 19 задания кодов и вырабатывается команда окончания цикла. Все группы счетчика сбрасываются в "О".

Нулевой код третьей группы разрядов через схему занесения и установочные входы заносятся в обратном коде в первую группу разрядов счетчика. На этом полный цикл получения дискретных отсчетов оканчивается.

783797

На фиг. 2 изображена « последовательность выборок г Ц11 для М (1(7(-М<11 .

Параллельно получЕнию дискретных отсчетов производится вычисление оценок ординат прямой и обратной ветв« КФ. Op It«aTM КФ 1 (.!< +С (1 1 .)

3 вычисляются до К, = О, 1,- ..., q,-1, К(1 = О, 1, ...,m — 1; g=T /hX г>7= <}угп .

Рассмотрим вычисление по одной ординате прямой и обратной ветви КФ для частного цикла 1 ординаты.

Для вычисления Й>< 1(.!+<1(.1}1!"3 к вхоцным цепям блока умножения подключаются выходы регистров сомножит<елей 1 с, Р, 3, 5.

На выходе блока умно>кения получаем про,!зведение

y„((i. + q -! ) Л ) 3 ((4 1. gj } ЬЪ (.

П сумматоре 8 «з блока 9 памяти считается час=тичная суглма произведен«й 3! — 1 !«клов.

1-л

7, ((!С Ь <+ 7., () 1>Т !, t ti 6 I t I 0(,Ä !J "-) = Г -Г Г, -

13 „>мла 017(> 0 П170«зводится сумМирован«с. Полу iенного про«зведения в тОм ц«1<ле с ".tас Tи -1 HОй суммОЙ прО— изведе11ия получен!к>х в Я -. 1 циклах.

Н результ;тс. полу-!нем (" "с> 1» zv l = y X (. = 1

Далее к 11ыход!!!.1>л цепяг1 блока 7 ум«с>ж.-... «я tioUI< JII(>чаются входы ре г ис тP0D (.ОМ1!С!. :,1(т(З>1С>й 1, б . >>>11аЛОГИЧ НО

tJOJ ;J I 7>

K(I> JJJ:::! 1 — (7 и <,г!а„ .1 !1< «(> ..>! 17 7=(огл у з (а ! 1>ttl>

J10 I i « 1 > 1 !0. i у ».,! (м 1107!! (ый i!« 0017 017Дii!!c> т

К(! (р.,:мс;: .! с>бр !тной ватин (, =- О, 1, ..., q, — j lR- 0,1... ie-

Об7работкг> высококачестве«ных сигНаЛОВ дЛя ((О у !.ГЛС(К(! Про«ЗВОДИТСЯ ct«ct

ЛОГИ -1HО ПРИ «СПОЛЬЗОГ>AHÈÈ Пc1РаЛЛЕЛЬ но-последовательногo метода выч«олений. При этогл в течение част»oгo цикла pR60TI:I производится вычислен«е «50 однОй 017J!«HAITI! (т!(!я Ь > (TD - HO(kc

I прО«з OJ! и T< .>I Вычисл(=н «е Гг> 017в «1!ат ) . ") «> . " 11 «> .i!! к 0 > j > c:.,cl 0>«0 т 17 1 1 а 1 1 ! е T !(>у! 17> 0 кое 111>11:.1.:!! . .Ii(ti I! (,>êå, те>!HI!I<(наг r> чай! ых процес,сов D ш«роком диапазоне частот . <110 1 от:I II>,циап-,зо«обрабатыВас(мых с«с налotJ В предлагаемом корp0J (7ì(«." "17< I! .:.! 3 в(110>1 т с!T !з >7 >мс!1«Об- работки сс(гл!10>!сит<.ля!1 (1 g) «определя- Я ется величиной Х =- 1/Ь, где 5У может быть взята во глного раз меньше

ТО (6! (С Г,,) . !!аименьшая величина L т, КОТОРУЮ МОЖНО УСтаНОВ«тЬ ПРИ ОПРЕДЕкении КФ, ОпределяеTñë погрешностью фиксации входного сигнала аналогоц«фровь>м преобразователем.

Для обычных коррелометров минимальная величина, которую можно получить, учитывая погрешность фиксации

ЛЦП в пределах 0,1-0,5 <1>г,, Т -составляет " 0-30 мкс.

Ориентировочное увеличение частоты обрабатываемого процесса в 20 раз по сравнению с прототипом расширяет область применения коррелометра, увеличивает эффективность работы коррелометра.

Формула изобретения

Цифровой коррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные входы которых являются соответственно первым « вторым входами коррелометра, а выходы через первый и второй регистры сомнож«теля соответственно подключены к первому и второму входам блока умножения, выход которого соед1шен с первьм входом сумматора произведений, второй вход которого подключен к выхоцу блока памяти, вход которого подключен к выходу сумматора произведений, генератор

«глпульсов, выход которого соединег1 с входом счетчика, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расш«рения частотного диапазона входнь>х сигналов, в ко17релометр введены третий и четверщай аналогоцифровые преобразователи, третий и четвертый регистры сомножителя, два элемента И, два триггера, блок срав:1ен«я кодов « блок задания кодов, выход которого подключен к первому входу блока сравнен«я кодов, второй вход которого соединен с выходом групгы старших разрядов счетчика, первые входи элементов И подключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу переполнения группы глладших разрядов счетчика, вторые входы элементов И соединены с выходами соответствующих триггеров,. первые входы которых объединены и подключены к входу установки нуля коррелометра, выход первого элемента И соединен с управляющим« входами первого и второго аналого-цифровых п17еобразователей и с вторым входом .1ериого триггера, второй вход второго триггера подключен к выходу переполнения груп11ы средних разрядов счет(ика, выход второго элемента И соед 1«е11 с управл» ощими входами третьего и четвертого аналого-цифров1=х преобразователей, информационные

Входы ко= орых подключены соответстаеННо .к первому и второму входам коррелоглетра, а выходы через третий и четвертый регистры сомножителя со783797

10 единены соответственно с третьим и четвертым входами блока умножения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 415663, кл. G 06 F 15/34, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 498626, кл. G 06 С 7/19, 1974 (прототип).

4ЦП2 яЧп, 4 Гс То < 2щыс

Составнтель В. Жовинский

Редактор Т. Рыбалова Техред Ж.Кастелевич Корректор О.Ковинская

Эаказ 8550/52 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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