Аналого-цифровое устройство длявычисления свертки функций

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик (bт) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 04. 06. 79 (21) 2774634/18-24 (51)М. Кл.

G Об F 15/31 с присоединением заявки ¹â€”

Гоеударствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Г3риоритет— (53) УДК 681. 323 (088.8) Опубликовано 300381. Бюллетень Ио 12

Дата опубликования описания 300381 (72) Автор изобретения

В.Г.Осипенко лмйкЫЫ (71) Заявитель

Таганрогский радиотехнический институт им: (54 ) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ ФУНКЦИЙ

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано а радиотехнике, связи, радиоаатоматике, радиоуправлении, радионавигации, радиолокации, авторегулировании, измерительной технике, гидролокации и моделиру ющих устройствах для формирования сканирующих диаграмм направленности, $9 увеличения разрешающей способности по дальности (или времени) и угловым координатам, вычисления свертки фун-. кций и функций корреляции двух .сигналов, один или оба из которых являются четными или нечетными функция ж времени, а также для обнаружения > опознавания и обработки сигйалов и измерения их параметров и характеристик °

Известно устройство для вычисле- лы ния корреляционных функций, содержащее функционально связанные между собой блоки-преобразователи аналогкод, блоки управления, генераторы так. товых импульсов, генераторы случай-. ного потока импульсов, элементы ИЛИ, цифровые линии задержки, накопительные реверсианые счетчики, блоки считывания, многоканальные блоки умножения, цифровые линии задержки, ком" З0 мутаторы, переключатели, перестраиваемые фильтры, распределители импульсов, компараторы, масштабные бло ки, накопительные сумматоры и блоки адаптации j1) .

Недостатки устройства — низкое быстродействге, ограниченный динамический диапазон амплитуд и длительностей обрабатываемых сигналоа и ограниченная область использования.

Наиболее близким к предлагаемому является многоканальный коррелятор, содержащий двоичный счетчик, логические элементы И и ИЛИ, накопительные счетчики, выходы которых подключены к блоку считывания, АЦН, первые аходь которых подключены ко входамклеммам, а вторые входы соединены с соответствующими выходами блока управления, выход первого преобразователя соединен со входом циФровой линии задержки, вход управления которым подключен к генератору тактовых импульсов блока управления, выход второго преобразователя - к генератору чисел, разрядные входы двоичного счетчика, кроме последнего, соединены с выходом логического элемента И.своего разряда, первые входы которых соединены с выходом генера817724 тора чисел, вторые входы — с соответствующими выходами блока управле.ния, .выход элемента И последнего разряда и выход двоичного счетчика через логический элемент ИЛИ подключены к первым входам логических элементов И, образующих цифровой блок уменьшения (ЦБУ), вторые входы которых соединены с выходами соответствующих цифровых линий задержки (ЦЛЗ), соединенных со входами накопительных счетчиков (2).

Однако в данном устройстве низкое быстродействие из-за сложности управления и использования последовательного кода, ограниченный динамический диапазон амплитуд и длйтельностей обрабатываемых сигналов из-за конечной емкости накопительных счетчиков и ограниченная область использования из-за неинвариантности к относительному времени запаздывания одного из сигналов °

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия вычислений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления свертки функций, содержащее первый и второй масштабные блоки, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, и выходы подключены соответственно ко входам первого и второго АЦП, выходы первого АЦП подключены соответственно ко входам цифровых линий задержки первой группы, к первому входу первой группы соответствующего многоканального .блока умножения и к первым входам переключателей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами второго аналогоцифрового преобразователя, выходы цифровых линий задержки первой группы подключены соответственно ко входам первой группы соответствующего многоканального блока умножения, тактирующие входы цифровых линий задержки первой и второй группы подключены соответственно к первому и второму выходам генератора тактовых импульсов, введены блоки линейного суммирования, дополнительные масштабные блоки и многовходовой сумматор, входы которого подключены к выходам соответствующих дополнительных масштабных блоков, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока линейного суммирования, входы каждого из которых подключены соответственно к выходам соответст,вующего многоканального блока умножения, входы второй группы которого подключены в обратном порядке к выходам соответствующей цифровой линии задержки второй группы и к выходу соответствующего переключателя, вход цифровой линии задержки соединен с выходом соответствующего переключателя.

5 l0 !

26

35 ао

60

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 структурная схема.

Аналого-цифровое устройство для вычисления свертки функций содержит (фиг.1) соединенные последовательно первый масштабный блок 1, вход которого является первым входом устройства, и первый ГЦП 2, к выходам которого подключены первые цифровые линии 3 задержки каждой пары, соединенные последовательно второй масштабный блок 4, вход которого являет. ся вторым входом устройства, и второй

АЦП 5, вторые цифровые линии б задержки каждой пары, многоканальные блоки 7 умножения, каждый из которых содержит 2m+1= +1 .элементов перемножения. Первая группа входов подключена к соответствующим отводам первой цифровой линии 3i задержки

i-й пары, а вторые входы — в обратном порядке k соответствующим отводам второй цифровой линии ái задержки i-ой пары, блоки 8 линейного суммирования, входы которых подключены к соответствующим выходам соответственно блоков 7 умножения, дополнительные масштабные блоки 9, входы которых подключены к выходам соответственно блоков 8 линейного суммирования, многовходовой сумматор 10, у которого входы подключены к выходам блоков 9, а выход является выходом устройства, переключатели 11, подключакщие входы вторых цифровых линий б задержки каждой пары через первые и вторые положения — к соответствующим выходам второго и первого

АЦП соответственно 5 и 2 и генератор.

12 тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к так.тирующим входам соответственно первых и вторых цифровых линий 3 и 6 задержки каждой пары.

Масштабный блок 1 или 4 содержит перестраиваемую по частоте входную цепь со ступенчатым делителем напряжения, смесители, перестраиваемые по частоте гетеродины и усилители срегулируемыми коэффициентами усиления (при необходимости могут быть использованы автоматические схемы перестройки или подстройки частот гетеродинов и автоматические схемы регулировки амплитуд выходных напряжений). Цифровые линии 3 и 6 задержки выполнены йа регистрах сдвига,вре5 мя задержки t у всех линий одинаково и равно = и-М + где ь — максимально возможная длительность обрабатываемых сигналов; интервал повторения тактовых импульсов;

- максимально возможное относительное время запаздывания сигналов.

817724

"М ) (t на i-ый вход линейного сумматора 10.

На выходе последнего с течением времени формируется окончательный результат

Ю j=B(2 ) „.(t ), 11 Ф 1 который с точностью до постоянного множителя является приближенным.вычислением по формуле прямоугольников или трапеций с учетом погрешности квантования по уровню интеграла свертки вида

Х(Ф)= ) f3(2t-Т)Х Сг)лс;

+ e (o,1й ТД;c e(o7) .

В качестве элементов в блоках 7 умножения использованы двухвходовые элементы И. Коэффициенты передачи. блоков 9 прямо пропорииональнысооти., ветственно величинам (2,, ),... где

V — максимально возможное пиковое .значение обрабатываемых сигналов. При вычислении взаимной свертки переключатель 11 находится в положении

"1",при вычислении автосвертки переключатели находятся в положении

"2". Генератор 12 тактовых импульсов содержит автогенератор, буферный каскад, узел формирования запускающих импульсов с частотой повторения

F = 2/дт и триггер-распределитель импульсов последовательного действия, <5 выходы которого являются первым и вторым выходами генератора тактовых импульсов. Величинами выбирается из условия отображения с заданной точностью обрабатываемых сигналов сту- Щ пенчатыми функциями с шагом ступеньки лс.

Работает аналого-цифровое устройство для вычисления свертки функций следующим образом. 25

Сигналы f (t) и f { t) через первый и второй входы устройства и первый и второй масштабные блоки 1 и 4 поступают на входы соответственно пер. вого и второго йЦП 2 и 5 в виде сиг- ЗО налов fь(t) и f. (t),преобразуищихся в параллельные кодовые последовательности V„ (t) и 4„(t) (i = 1 2 3). которые через их первые, вторые, третьи и т.д. выходы поступают непосредственно на входы первых цифровых линий 3 задержки и .через переключатели 11 — на входы вторых цифровых линий б задержки каждой пары.

При прохождении кодами Y„(t) и

Ф„{ ) (i=1,2,3,...) на встречных 4О направлениях соответственно первой и второй цифровых линий 3 i и б i задержки.

i -ой пары колебанием (t) через отводы первой цифровой линии 3,(задержки с запаздыванием каждый раз на интервал 4$ ьс поступает последовательно во времени на первые входы элементов умножения 7«7 7э .., 7„„ 7;„7 блока 7;. умножения, а коды Ф (t) через отводы второй цифровой линии б„ у задержки с запаздыванием каждый раз на интервал ас поступают последовательно во времени на вторые входы элементов 7„. умножения, причем в этом случае коды Ф; (t) сдвинуты на интервал задержки 1/2 t по отношению к кодам fÄ (t) . Через время t . Гэ начиная с момента прихода первого колебания, например 4Ä « ) на вход первой цифровой линии 3i задержки или Ф„ (с) на вход второй цифровой СО линии б задержки i-ой пары, происходит выравнивание относительного времени запаздывания колебания, например Ф„ (с) или 9,(t) . Коды Ч (t) и Ф (t) с запаздыванием каждый раз 65 на интервал 1/ t последовательно во времени одновременно поступают на первые и вторые входы соответствую.щих элементов умножения 7„.„,7;,7„, ...7„,7„-„,7„„,„блока 7; умножений, образуя на их выходах произведения вида значения которых суммируются в i-îì блоке 6 линейного суммирования, об- разуя на его выходе сумму в вице

z, ß=à ч@ -аФ ф -P- ;") )

Таким образом, начиная с момечта начала образования и линейного суммирования произведений кодов вида

Ч;(й) иФ„. (t), на выходе (2ю+1)-rо блока 8 формируется значение

М у)ГГ М.И-ФМ+-Ф)Ф.(Ф+Ю),1 )r О и„™

1 2

4= g;<;-<; 2,-2;-..

Из приведенного соотношения следует, что на выходе i-го узла 8i линейного суммирования с те снием времени формируется результат, который с точностью до постоянного множителя является приближенным вычислением по формуле прямоугольников или трапеций интеграла свертки вида

21Ф J×(û- ЦФ(t1tlIj4 (0 /2т 3ptEf0TJ где Т вЂ” длительность сигнала fg(t);

Т вЂ” длительность -сигнала fq(t);

Т ° = 1/2 (T„+ Т )

С выхода i-rc узла 8i линейного суммирования значение у„(с ) через взвешивающий элемент 9 йоступает в виде кода

817724

Приведенное описание работы устройства справедливо и тогда, когда выпсяняются условия:

Г

При выполнении условия ., (t) =1 () переключатели 11„,11<,11>,... следуе| перевести в положения "2", т.е. в Этом случае второй масштабный блок

4 и второй АЦП 5 можно не использовать.

Таким образом, введение К блоков линейного суммирования, К дополни- . тельных масштабных блоков и много— входового сумматора и установление новых связей .в предлагаемом устройстве повышает точность и быстродействие вычислений и расширяет область использования устройства, в результате чего повышается достоверность результатов вычисления, расширяется .динамический диапазон амплитуд и рабочих частот обрабатываемых сигналов и существенно улучшаются тактикотехнические характеристики устройства, .что в итоге приводит к улучше. нию технико-экономических показателей устройства.

Формула изобретения

Аналого-цифровое устройство для вычисления свертки функций, содержащее первый и второй масштабные блоки, ,входы которых являются соответствен- 40 но первым и вторым. входами устройства, а выходы подключены соответствен. но ко входам первого и второго анаI лого-цифровых преобразователей, выходы первого аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно ко входам цифровых линий задержки первой группы, к первому входу первой группы соответствующего многоканального блока умножения и к первым входам переключателей, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами второго цифро-аналогового преобразователя, выходы цифровых линий задержки первой группы подключены соответственно ко входам первой группы соответствующего многоканального блока умножения, тактирующие входы цифровых линий задержки первой и второй группы подключены соответственно к первому и второму выходам генератора тактовых импульсов, отличающее с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в устройство введены блоки линейного суммирования, дополнительные масштабные блоки и многовходовой сумматор, входы которого подключены к выходам соответствующих дополнительных масштабных блоков, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока линейного суммирования, входы каждого из которых подключены соответственно к выходам соответствующего многоканального блока умножения, выходы второй группы которого подключены в обратном порядке к выходам соответствующей цифровой линии задержки, второй группы и к выходу соответствующего переключателя, вход цифровой линии задержки соединен с выходом соответствующего переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 556450, кл ° G 06 F 15/34, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР

Р 383056, кл.G 06 F 15/34, 1975.

817724

pet. Р

Составитель В.Жовинский

Редактор К.Лембак Текред Н,Вабурка КорректорН.Швыдкая

Заказ 1468/65 Тираж 745 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