Знаковый коррелометр

 

ОИ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

-Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 300779 (21) 2801898/18-24 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

Опубликовано 230581. Бюллетень Мо 19

Дата опубликования описания 230581 (51)М. Кл з

G 06 F 15/336

Государственный комитет

СССР оо делам изобретеиий и открытий (53) УДК 681 323 (088,8) (72) Авторы изобретения

В.И. Бочаров, С.В. Мозаев, A.Å. Парфено

В.И. Пигарев, A.È. Радов и С.Л. Федяев

ЕНТЩНВЧИ.Н "л

«ЛИЖЕМ

C (71) Заявитель (54! ЗЧАКОВЫИ КОРРЕЛОМЕТР

Изобретение относится к специалй- ков сравнения,генератор случайного зированным средствам вычислительной равновероятного сигнала, выход которотехники и может быть применено при ro подключен к одному из входов другоопределении статистических зависимо- е го блока сравнения, другой вход которостей между различными величинами и ro является одним из входов коррелофункциями стационарных случайных про- метра, триггер управления, блок форцессов в исследованиях характеристик мирования нулевой ординаты, блок пеэлектронных приборов и других обла- реключения процессов, два элемента И стях науки и техники. и элемент ИЛИ, причем один из входов

Известен знаковый коррелометр, со- блоков равнозначности и распределедержащий блоки сравнения, коммутатор, ния соединен через блок формирования блоки умножения, счетчики, генератор нулевой ординаты и один из элементов импульсов, триггер и делитель частотыЩ. И со своим другим управляющим входом

Однако в коррелометре не предус- - управляющий выход блока равнозначномотрена воэможность вычислений зна- 1 сти и распределения подключен к другоковой функции корреляции между знака- му входу одного из элементов И,едими значений амплитуд случайного про- ничному входу триггера управления и цесса и знаками приращений амплитуд через элемент ИЛИ - к управляющему или между знаками приращений амплитуд входу другого блока сравнения, выход двух случайных процессов.,триггера управления соединен с управНаиболее близким по технической ляющнм входом блока переключения просущности к предлагаемому является цессов и через другой элемент И вЂ” с двухвходовой коррелометр, содержащий другим входом элемента ИЛИ,выход генедва блока сравнения, выходы которых ратора импульсов опроса подключен к подключены к соответствующим входам нулевому входу триггера угравленйя и блока накопления через блок равнозна- другому входу другого элемента И, вхочности и распределения, один иэ уп- ды блока переключения процессов подравпяю .их входов которого соединен с ключены соответсвенно к входам корвыходом генератора импульсов опроса .,релометра, а выход соединен с одним и с управляющим входом одного йз бло- З аз информационных входов одного из

8325á4 с блоков сравнения, другой вход которого подключен к нулевой шине (2).

Описанный коррелометр может измерять автокорреляционные и взаимнокорреляционные функции между знаками значений амплитуд случайных процессов. При измерении функций устройство работает, опред ляя оценку математического ожидания произведения знаков одного и второго- суммы второго и вспомогательного-сигналов.

Однако при исследованиях сигналов с выходов чувствительных элементов электронных приборов, да и в других областях науки и техники зачастую необходимо определять корреляционные функции между знаком значения ампли- ).> туды сигнала случайного процесса и знаком приращения его амплитуды или знаками приращений амплитуд сигналов двух случайных процессов. Это связано с тем обстоятельством, что Я электронные приборы реагируют обычно не только на величину мгновенного значения случайного процесса, а и на изменения его, т.е. на его приращение за отрезок, времени. 5

Применение и"-.âåñòíîãî коррелометра не позволяет вычислять подобные корреляционные функции.

Цель изобретения — расширение

Функциональных возможностей коррелометра за счет получения оценок знаковых мгновенных значений исследуемых сигналов корреляционных Функций при-, ращений.

Поставленная цель достигается тем, что в знаковый коррелометр, содержащий блок переключения сигналов, два блока сравнения, первый вход первого блока сравнения подключен к первому выходу блока переключения, а выход первого блока сравнения соединен с 4G первым входом блока равнозначности, выход которого подключен к информационному входу блока. накопления, генератор импульсов, выход которого соединен с первым-входом элемента И, триггер, введены четыре запоминающие ячейки, два регистра сдвига, счетчик циклов, два коммутатора, ключ, источник постоянного напряжения, выход которого соединен со входом ключа, щ выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и со вторым входом элемента И, третий вход которого подключен к выходу счетчика циклов, выход элемента И соединен со входом триггера, первый выход которого подключен к управляющим . входам первого и второго регистров сдвига и первой и третьей- запоминающих ячеек, второй выход триггера соединен с управляющими входами 60 второй и четвертой запоминающих ячеек, информационные входы первой и второй, третьей и четвертой запоми- нающих ячеек попарно объединены и являются соответственно первым и 65 вторым входами коррелятора, выходы запоминающих ячеек подключены к соответствующим входам блока переключения, второй выход которого соединен по вторым входом первого блока

Чравнення, третий и четвертый выходы блока переключения подключены соответственно к первому и второму входам второ" î блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выход которого — îåäèíåí со вторым вхоцсм блока равнозначности, управляющий вход которого объединен со входом счетчика циклов и подключен к выходу второго коммутатора, входы которого соединены с соответствующими выходами первого регистра, уп равляющий вход блока накопления соедиНен с выходом счетчикг циклов.

На чертеже показана структурная схема коррелометра.

Устройство содержит четыре запоминающие ячейки 1 — 4, блок 5 преключения, имеющий нулевую шину, два блока б и 7 сравнения, блок 8 равнозначности (и распределения), коммутатор 9, регистр 10 сдвига, блок 11 накопления, генератор 12 импульсов, элемент И 13, счетчик 14 циклов, триггер 15, коммутатор lб, регистр 17 сдвига, ключ 18 и источник )9 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии элемент И 13 закрыт„ триггер 15 находится в нулевом состоянии, т.е. на его единичном выходе установлен потенциал логического нуля (потенциал О), а на нулевом выходе — потенциал логической единицы (потенциал 1) .

Один из сигнальных входов блока 8 равнозначности (и распределения) через коммутатор 9 подключен к выходу

1-го разряда регистра 10, а управляющий вход блока 8 равнозначности и вход счетчика 14 циклов через коммутатор lб — к выходу i-го разряда регистра 17.

Счетчик 14 циклов, блок li нако:-пления, оба регистра 10 и 17 сдвига установлены в начальное состояние ,(схемы установки блоков устройства

1 в начальное состояние на чертеже не показаны, так как входят в состав вышеперечисленных блоков коррелометра).

На входы коррелометра поданы сигналы случайных процессов в зависимости от требований к виду вычисляемой в эксперименте корреляционной

Функции. При начале измерений на первый вход элемента И 13 подается

c ïoMoøüþ ключа 18 напряжение от источника 19 постоянного напряжения, открывающее элемент И 13 для прохода

832564 импульсов от генератора 12 на счетный вход триггера 15.

С приходом первого импульса опроса в момент времени t триггер 15 перебрасывается в единичное состояние, т.е..на его единичном выходе появляется потенциал 1 .

При появлении этого потенциала, подаваЕмого на управляющие входы 1 и

3, в последних происходит запоминание значения амплитуды случайных про- >О цессон в момент времени t, поданных на входи коррелометра.

С приходом на счетный вход триггера 15 второго импульса опроса в момент вРемени t =t +At (at=1)Sq „> где t>p„ — частота генератора ймпульсов, триггер 15 возвращается в нулевое состояние, т.е. на его нулевом выходе появляется потенциал 1 . При появлении этогО потенциала, подаваемого на управляющие 20 входы блоков 2 и 4, происходит запоминание в них изготовленных значений случайных процессов, поданных в момент времени t на входы коррелометПосле этого в блоке 6 сравнения 25 происходит сравнение значения сигнала случайного процесса x(t) или у(t) н момент времени t .,поданного на вход блока б сравнения через блок

5 переключения с выхода блока 2 либо с потенциалом нулевой шины, либо со значением сигнала;случайного процесса х(t) или у(t) н момент времени t, которые через блок 5 переключения поданы на другой вход блока б сравнения с нулевой шины с выхода блока 1 памяти в зависимости от вида .вычисляемой функции корреляции.

В этот момент в блоке 6 сравнения происходит вычисление значений одного из четырех типов знаковых си- 40 гналов. пр» X(+ )<0 > ъ который соответствует знаку значения амплитуды сигнала центрированного процесса x(t) в момент времени

1 который соответствует .знаку амплитуды сигнала центрировано .случайного процесса x(t) в момент времени .55

l /+4»P»> ЧЩ r0

" "Ч = (-1 г ди ч () < о который соотнетств.ет знаку приращения амплитуды сигнала случайного процесса y(t) в момент времени

Г+-> при (чН 1-чЩ170

М р24Щ- - пои р(+,)-ч(„)1со (4)

6S который соответствует знаку приращения амплитуды сигнала случайного процесса у(t) в момент нремени 1

Вычисленный в блоке б сравнения знаковый сигнал, подается на один из сигнальных входов блока 8 равнозначности °

Одновременно с этим в блоке 7 сравнения происходит сравнение значения амплитуды сигнала случайного процесса х(t) в момент времени

1 поданного на один из входов блока 7 сравнения через блок 5 переключения с выхода блока 4, либо с потенциалом нулевой шины, либо со значением .амплитуды сигнала случайного процесса х(t) в момент времени t„ которые через блок 5 переключенйя поданы на другой вход блока 7 сравнения или с выхода блока 3 в зависимости от вида вычисляемой функции корреляции. В этот момент в блоке 7 сравнения происходит вычисление значения знакового сигнала одного из двух типов, а именно (+1 п и Х(й )>О >%> 24 т)= t -1 при Х(1 ) с 0 который соответствует знаку значения амплитуды сигнала центриронанного случайного процесса в момент времени который соответствует знаку приращения значения сигнала случайного процесса х(t) в момент времени

Вычисленный знаковый сигнал с выхода блока 7 сраннения подается на сигнальный вход регистра 10 сднига.

В этот же момент времени t< разрешающий потенциал со второго входа триггера 15 поступает на управляющие входы регистров 10 и 17. С приходом этого потенциала в младший разряд регистра 10 сдвига записывается эначенИе знакового сигнала, поданного на сигнальный. вход этого регистра с выхода блока 7 сравнзния, а в младший разряд регистра 17 сдвига записывается значение разрешающего потенциала, поданного на его сигнальный вход с выхода источника 19 постоянного напряжения. Если выход младшего разряда регистра 10 через коммутатор 9 подключен к сигнальному входу блока

8 равнозначности, а младший разряд регистра 17 сдвига через коммутатор

16 подключен.к упрвляющему входу блока 8 равнозначности, то на его сигнальном входе в момент времени ++tg (t я„время записи н младший разряд регистра 10 сдвига значения знакового сигнала с выхода блока 7 сравнения, причем д1..» t „ появляется знап чение знакового сигйала, вычисляемого в момент времени t н блоке 7

832564 сравнения, а на управляющем входе блока равнозначности 8 в момент времени t + t> р появится разрешающий потенцйал (t — время записи в

Зап х младший разряд второго сдвигового регистра 17 значения разрешающего потенциала). Для повышения стабильвыбрако (-Зр р 3 все равно соблюдено ycJIDBHeAtr) мп2

С приходом на управляющий вход блока

8 равнозначности разрешающего потенциала в нем происходит вычисление одного из произведений знаковых сигналов, соответствующего моменту времени типа qn 2.-Щ s gnz (+. ) где Z (t<) и Е () — знаковые сиЭ гналы одйого из описанных видов, получаемые в блоках 6.и 7 сравнения соответственно; j=l-4 — номер вида знакового сигнала, получаемого в блоке

6 сравнения; К=1-2 -номер вида знакового сигнала, получаемого в блоке 7 сравнения.

Значение этого произведения заносится в один иэ счетчиков блока 11 накопления в зависимости от его знака.

Одновременно с этим в счетчик числа произведенных вычислений заносится единица, что означает, произведение вычисления значения корреляционной функции для момента времени

С приходом третьего импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени t =t + oí перебрасывается

3 2,, в единичное состояние, на его единичном выходе появляется потенциал единицы, который подается на управляющие входы блока 1 и 3. Этот потенциал производит запоминание в 4() блоках 1 и 3 значений случайных процессов, поданных в момент времени на входы коррелометра.

С приходом четвертого импульса опроса на счетный вход триггера 15 в мо-45 мент времени t<-1 +2д1= + Т, гдето =

=2 t, повторяются операции, соответствующие моменту времени t<,а в счетчик 14 цикла заносится еще 1 .

При накоплении в счетчике 14 максимально возможного или наперед заданного. числа на его выходе появляется сигнал, который подается на третий вход элемента И 13 и управляющий вход блока 11 накопления. Этот сигнал запрещает прохождение через элемент

И 13 на счетный вход триггера 15 импульсов опроса, а блок 11 накопления при этом переводится в вбежим индикации. В результате вычислений в блоке накопления за определенный промежу- 60 ток времени накапливается значение нулевой ординаты определяемой корреляционной функции.

В случае, когда ко второму сигнальному входу блока 8 равнозначности через коммутатор 9 подключен выход

i-ro разряда регистра 10 сдвига, а к управляющему входу блока 8 равнозначности через коммутатор 16 — выход 1-го разряда второго сдвигового регистра 17, коррелометр работает следующим образом.

С приходом второго импульса опроса ка счетный вход триггера 15 в момент времени 12+13 „„ производится запись в младшйй разряд регистра 10 сдвига значения знакового сигнала, ссответствующему моменту времени а к момент времени t . 1 „ запись в младший разряд сдвигового регистра

17 значения разрешающего потенциала.

Однако на второй сигнальный и управляющий входы блока 8 равнозначности эти сигналы не подаются, так как оки через коммутаторы 9 и 16 подключены к выходам i-ых разрядов регистров 10 и 17 соответстзенко. Вычисление произведения знаковых сигналов

sign Е (t ) и з1уп Е (t ) для момек 3та времени не производится, так как управляющий вход блока 8 равнозначности с выхода i-ro разряда регистра 17 подан запрещающий потенциал.

Счетчик 14 циклов остается в нулевом состоянии.

С приходом третьего импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени t ок перебрасывается в единичное состояние и на управляющие входы блоков 1 и 3 поступает разрешающий потенциал. При этом в блоках 1 и 3 запоминаются значения случайных процессов, поданных на входы коррелометра, в момент времени которые подаются на первый и третий входы блока 5 переключения процессов соответственно.

С приходом четвертого импульса опроса ка счетный вход триггера 15 в момент времени t4=t 2+Т он возвращается в нулевое состояние. При этом на управляющие входы блоков 2 и

4, а также регистров 10 и 17 подается разрешающий потенциал. B это время происходит выполнение операций:а) запоминание в блоках 2 и 4 значений случайных процессов, поданных на входы коррелометра, в момент времени t4,. б) сравнение в блоках 6 и 7 сравнения значений случайных процессов, поданных в момент времени t4 на их входы и вычисление значений сигналов

Z> (t4) и Z y(t4) соответственно моменту времени

В момент времени t + t.с,р производится перенос значения знакового сигнала, соответствующего моменту времени 2 из младшего разряда регистра

10 сдвига во второй разряд и запись в младший разряд — значения зкакового сигнала, поданного с выхода блока 7 сравнения для момента времени л..

832564

В момент времени t + t проиэ4 водится перенос значения разрешающего потенциала из младшего разряда регистра 17 сдвига в его второй разряд с выхода блока 7 сравнения на сигналь65 ный вход регистра 10. 9 момент времени t +13 происходит сдвиг значе1< ЗС»П4 ния знакового сигнала, соответствующего моменту времени t g, из (i-1)—

ro разряда регистра 10 в i-ый разряд этого регистра, значения знакового сигнала для момента времени t4 иэ (i-2) -го разряда в (i- 1) и т.д. При этом в младший разряд регистра 10 записывается значение знакового сигйала с выхода второго блока 7 сравйения, соответствующего моменту вре55

ЬО мени 1„.. В момент времени 1 „. +t 3zzz происходит запись в i-ый разряд регистра 17 сдвига значения раэрешаюи повторная запись в младший разряд значения разрешающего потенциала, поданного с выхода источника 19 постоянного напряжения.

Вычисления произведения знаковых сигналов Z (t ) и Z,(t4) для момента времени t „ как и для момента вре»)»ени t не производится, счетчик 14 остается в нулевом состоянии. С приходом (2 i 1)-ro импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени t „. =t + (2„— 1) at он перебрасывается в единичное состояние и на управляющих входах блоков 1 и 3 появляется разрешающий потенциал. При этом в них запоминаются значения амплитуд сигналов случайных процессов, поданных на входы корреломет- g() ра, в момент времени - „,подаваемое на соответствующие входй блока 5 переключения. С приходом 2 i-го.импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени tg;=t q „+at= д

+1». Он возвращается,в нулевое

1 состояние. При этом появляется разрешающий потенциал на управляющих входах-блоков 2 и 4 и регистров

10 и 17. После чего в блоках 2 и 4 запоминается значение случайных процессов для момента времени t2„, которые через блок 5 переключения подаются соответственно на вторые сигнальные входы блоков 6 и 7 сравнения.

В блоках 6 и 7 сравнения происходит сравнение значений этих сигналов либо с потенциалом нулевой, либо со значениями случайных процессов для момента времени t „- „, поданных на первые входы блоков 6 и 7 сравне- 40 ния через. блок 5 переключения либо с нулевой шины, либо с выходов . блоков 1 и 3 соответственно. При этом в блоках 6 и 7 сравнения вычисляется значения знаковых сигналов 45

Е) (2„- ) Z k(tz„) для момента времени

Знаковйй сигнал Z > (t „.) с выхода блока 6 сравнения йодается на первый сигнальный вход блока 8. равнозначности, а знаковый сигнал Е» („) щ щего потенциала из предыдущего (i-1)— го разряда, а в его младший разряд— с выхода источника 19 постоянного напряжения повторная запись разрешающего потенциала. В момент времени „ +1;;»с»„ с выхода i-го разряда регйстра 10 сдвига значение знакового сигнала для момента времени подается через коммутатор 9 на другой сигнальный вход блока 8 равнозначности, В мОмент Времени tx„+t3an2 на еГО уп,равляющий вход поступает разрешающий потенциал с выхода i-го разряда второго регистра 17 сдвига. С приходом этого потенциала в блоке 8 равнозначности производится вычисление произведения знаковых сигналов, равного

2-1(..) 2» (Й )=7 ° (121Ю) к(61)

Поскольку время задержки постоянно и равно7 =2at,то на одном из выходов блока 8 равнозначности появляется сигнал, соответствующий знаку произведения знаковых сигналов Z „(t 1) Zi(t +

/ к

+i »,). Значение этого произведенЬ» заносится в зависимости от его знака в соответствующий счетчик блока

11 накопления. Одновременно с этим значение счетчика 14 циклов увеличивается на единицу

C приходом (2i+1)-ro и 2(i+1)-ro импульсов опроса в момент времени

+t » a блоке 8 равнозначности определяется значение произведения сигналов 2 (t4) и 2 > (t2(„ „)) — 2, (t4+(i+1)Г), отстоящих друг от друга, как и два предыдущих, на время

i »ь. Значения произведения заносится в соответствующий счетчик блока 11 накопления, а в счетчик 14 циклов вычислений заносится еще одна единица . Таким образом цикл повторяется.

В тот момент, когда в счетчике 14 циклов накоплено максимально возможное или наперед заданное число, определяющее время вычислений i. — oé ординаты корреляционной функции, на его выходе появляется потенциал, запрещающий прохождение через элемент И 13 импульсов опроса и переводящий блок 11 накопления в режим вывода на индикацию результатов измерений i-oA ординаты корреляционной функции.

Результатом полного цикла измерений является требуемое число ординат корреляционной функции, полученных за одинаковые промежутки времени.

Использование новых элементов запоминающих ячеек, регистров, сдвига, коммутаторов, счетчика циклов, ключа и источника постоянного напряжения, а.также предлагаемая ор-. ганизация связей, отличает предлагаемый коррелометр от известного. При простоте конструкции функциональные возможности коррелометра расширены, 832564

12 что дает возможность исследовать корреляционные зависимости не только амплитуд сигналов, но и приращений их амплитуд, что особенно важно при исследованиях сигналов с выходов электронных приборов при изучении воздействия на них внешних условий.

Кроме этого, при определении корреляционных функций приращений амплитуд сигналЬв случайных процессов снимается требование к их центрированию, что важно при использовании знаковых коррелометров.

Формула изобретения

Знаковый коррелометр, содержащий блок переключения сигналон, два блока сравнения, первый вход первого блока сравнения подключен к первому выходу перв ого коммутатора, а выход первого блока сравнения соединен с первым входом блока равнозначности, выход которого подключен к информационному входу блока накопления, ге-. нератор импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, триггер, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения оценок знаковых корреляционных функций приращений мгновенных значений исследуемых сигналов, в коррелометр введены четыре запоминающие ячейки, два регистра сдвига, счетчик циклов, нторой и третий коммутаторы, ключ, источник постоянного напряжения„ выход которого соединен со входом ключа, выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и со вторым входом злемента И, третий вход которого подключен к выходу счетчика циклов, выход элемента И соединен со входом триггера, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго регистра сдвига и первой и третьей запоминающих ячеек, второй выход триггера соединен с управляющими входами второй и четвертой запоминающих ячеек, информационные входы первой и второй, третьей и четвертой запоминающих ячеек попарно объединены и являются соответственно первым и вторым входами коррелометра, выходы запоминающих ячеек подключены к соответствующим входам перного коммутатора, второй выход которого соединен со вторым нходом первого блока сравнения, третий и четвертый выходы блока переключения подключены соответственно к первому и второ20 му входам второго блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига,выходы которого соединены с соответствующими входами второго коммута 5 тора, выход которого соединен со вторым входом блока равнозначности, управляющий вход которого объединен со входом счетчика циклов и подключен к выходу третьего коммутатора, входы которого соединены с соответствующими выходами первого регистра, управляющий вход блока накопления соединен с выходом счетчика циклов.

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе

1. Жоринский В.И. Архонский В.Ф.

Корреляционные устройства. M., Энергия, 1974, с. 153.

2. Авторское свидетельство СССР

9 538368, кл. С 06 Г 15/34, 1975.

832564

Составителц Б. Жовинский

Техред С, Мигунова Корректор С. Щомак

Редактор М. Ликовнч

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3333/38

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