Однородный спектро-коррелометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ о»892339 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М. Кл. (22) Заявлено 280480 (21) 2916741/18-21 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

G R 23/16

Государственный комитет

СССР

ho делам изобретений н открытий

Опубликовано 23.1281 Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 2312.81 (53) УДК 621. 317. . 757 (088. 8) (72) Авторьв изобретения

В.И. Якименко и М.Б. Столбов

Ленин (71) Заявитель градский ордена Ленина электротехниче кий . институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (54) ОДНОРОДНЫЙ СПЕКТРО-КОРРЕЛОМЕТР

Изобретение относится к специализированным средствам измерительно вычислительной техники, предназначенным для исследований вероятностных характеристик сигналов, использованию в устройствах распознавания, принятия решений, например, в радиофизике, океанологии и др. областях.

Известен однородный анализатор, содержащий ряд вычислительных матриц, каждая из которых содержит две группы взвешивающих резисторов, последовательно соединенных в каждой матрице с формирователями знаков, ключами и регуляторами знаков, вы- 15 ходы ключей соединены со входом интегратора, по два выхода каждой вычислительной матрицы подключены к блоку элементов И, а к входам матриц через распределительный блок под- 20 ключен блок селекции,(1).

Недостатки анализатора — большое количество пассивных элементов (весовых резисторов) для вычисления даже .нескольких десятков ординат спектра, наличие двух регуляторов знака в каждой матрице, кроме того, аналоговые узлы входного преобразования и селекции сигнала увеличивают погрешности вычислений. 30

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является однородный спектро-коррелометр дискретного принципа действия благодаря которому в блоках возможно изменение режимов анализа для вычисления или спектра или корреляционной функции.Спектро-коррелометр содержит входной блок, амплитудно-импульсный преобразователь и формирователь импульсной последовательности, включенный между блоком управления и N регистрами сдвига N множительно-распределительных ячеек, последовательно соединенных через соответствующие ключи, вход каждого из N регистров сое" динен с N входами накопителя через последовательно соединенные элемент совпадения, ключевой умножитель и цепочку трех распределительных клю чей, а генератор базисной функции подключен к информационным входам ключевых умножителей (2).

Существенным недостатком известного устройства является недостаточное быстродействие при анализе спектра - до нескольких сотен Гц вследствие уменьшения скорости формирования ординат спектра пропорционально номеру вычисляемой ординаты.

892339

Цель изобретения - увеличение быстродействия анализа.

Поставленная цель достигается тем, что в однородный спектро-коррелометр, содержащий амплитудно-импульсный преобразователь, связанный с выходами входного блока и генератора базисной функции, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами тактирующего блока последовательно соединенные N множительно-распределительных ячеек двух типов c N регистрами, первый вход первой множительно-распределительной ячейки первого типа подключен к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, вторые выходы N множительно-распределительных ячеек подключены к соответствующим И входам накопителя, третьи входы множительнораспределительных ячеек соединены с третьими выходами и третьими входами предыдущих ячеек, к первому входу множительно-распределительной ячейки первого типа подключен вход регистра, выход которого соединен с входом первого ключа, .первый выход которого соединен со входом регистра, а второй выход подключен к первому выходу ячейки первого типа, между вторым выходом и вторым входом которой включены последовательно соединенны . второй и третий ключи, между выходом второго ключа и третьим выходом ячейки первого типа включен четвертый ключ, а второй и третий выходы соединены через пятый ключ, причем в множительно-распределительных ячейках. второго типа второй выход соединен с третьим входом ячейки, дополнительно введены формирователв знака, счетчик выборок, счетчик циркуляций, блок опроса, элемент ИЛИ, причем первые И/4 множительно-распределительных ячеек являются ячейками первого типа с дополнительным элементом НЕ в каждой из них, между вторыми входами упомянутых ячееК и вторым выходом входного блока включен формирователь знака, первый вход множительно-ðàñпределительных ячеек первого типа соединен с управляющим входом второго ключа и первым входом элемента

НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входом регистра и соответствующим выходом блока опроса, а выход элемента НЕ подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом блока опроса и входом счетчика циркуляций, который подключен к третьему выходу тактирующего блока, к четвертому выходу которого подключен второй управляющий вход блока опроса, а к первому выходу подключен, вход счетчика выборок, при этом первый и второй информационные входы блока опроса соеди-. иены соответственно с выходами сч чика выборок и счетчика циркуляций

I а общий выход — с управляющими входами регистРов каждой множительнораспределительной ячейки первого и второго типов, причем регистры в каждой из 3 /4 множительно-распределительных ячеек второго типа соеди нены непосредственно между первыми входом и выходом ячеек, а управляю g щий вход первых ключей этих ячеек подключен к входу регистров.

Кроме того, блок опроса содержит два счетчика тактов, формирователь адреса, два регистра адреса, выходы которых через соответствующие дешифраторы подключены к управляющим входам коммутатора, тактовый вход которого соединен с первым управляющим входом формирователя адреса, вторым управляющим входом блока опроса и со вторыми тактовыми входами счетчиков тактов, первые тактовые входы которых соединены с первым уп-. равляющим входом блока опроса, а выходы счетчиков тактов соединены соответственно со вторым и третьим управляющими входами формирователя адреса, информационные входы которого подключены соответственно к первому

H второму информационному входу блоgg ка опроса, входы которого подключены к входам коммутатора, а выходы формирователя адреса подключены к входам соответствующих регистров адреса.

На фиг. 1 изображена структурная схема однородного спектро-коррелометðà> фиг. 2 - циклы формирования произведений и наличия холостых тактов в циркуляциях °

Однородный спектро-коррелометр содержит входной блок 1, амплитудноимпульсный преобразователь 2, генератор 3 базисной функции, формирователь 4 знака, соединенные управляющими входами с соответствующими вы4$ ходами тактирующего блока 5, множительно-распределительные ячейки 6 и 7, вторые выходы которых подключены ко входам накопителя 8, управляющие выходы множительно-распределительных ячеек 6 соединены со входами элемента 9 ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом блока 1О опроса, к информационным входам которого подключены соответственно счетчик

11 выборок и счетчик 12 циркуляций.

Множительно-распределительная ячейка б содержит регистр 13 выход которого через первый выход ключа

14 подключен к своему входу и к уп60 равляющим входам ключа 15 и элемента НЕ 16, выход которого является управляющим выходом ячейки 6. Первый вход ячейки 6 соединен с входом регистра 13, второй вход ячейки под65 ключен через ключи 15 и 17 ко второму

892339

Вычисление спектра начинается по первому тактовому импульсу с первого выхода фактирующего блока 5: во входном блоке 1 из сигнала x(t) формируется первый отсчет х(1. а ), который запоминается на время а 1: и выходу ячейки 6, причем, между выходом ключа 15 и третьим выходом множительно-распределительной ячейки 6 включен ключ 18, выход которого через ключ 19 подключен также ко второму выходу ячейки б, управляющий вход которой соединен с управляющим входом регистра 13 и вторым входом элемента НЕ 16, а первый выход ячейки

6 соединен со вторым выходом ключа 14.

Мнржительно-распределительная ячейка 7 содержит регистр 20, включенный между первыми входами и выходом ячейки, ключ 21, включенный между вторыми входом и выходом ячейки, и ключ 22, включенный между третьим входом и вторым выходом ячейки, при этом управляющий вход ключа 21 соединен с входом регистра 20.

Блок 10 опроса состоит из счетчиков тактов 23-1 и 23-2, формирова- 20 теля 24 адреса, регистров адреса 25-1 и 25-2, последовательно соединенных с соответствующими дешифраторами 26-1 и 26-2, выходы которых подключены к управляющим входам коммутатора 27, тактовый вход которого соединен с третьим управляющим входом формирователя 24 адреса, вторым управляющим входом блока 10 опроса и со вто- . рыми тактовыми входами счетчиков так- З0 тов 23-1 и 23-2, первые тактовые входы которых соединены с первым управляющим входом блока 10 опроса, а выходы счетчиков тактов 23-1, 23-2 соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя 24 адреса, информационные входы которого подключены соответственно к первому и второму информационному входу блока 10 опроса, выходы которого подключены к выходам 40 коммутатора 27, а выходы формирователя 24 адреса подключены к входам соответствующих регистров 25 адреса.

Однородный спектро-коррелометр работает следующим образом. 45

Перед началом вычисления корреляционной функции от тактирующего блока. 5 поступают командные импульсы, устанавливаюцие генератор 3 базисной функции в отключенное состояние, 50 формирователь 4 знака в состояние +1 (знак коэффициента передачи сигнала), в множительно-распределительных ячейках б ключ 14 установлен в положение, при котором выход регистра 13 подключен ко входу следующей ячейки б, ключи 18 и 19 закрыты, а управляющие входы всех регистров 13 и 20 ячеек б и 7 подключены к общему выходу коммутатора 27.

Последовательность преобразований 60 сигнала производится спектро-коррелометром в соответствии с алгоритмом Стильтьеса . исследуемые сигналы х{t) и у(t) подаются на входы входного блока 1, с первого выхода ко- 65 торого сигнал у (nest) в дискретной форме поступает на информационный вход амплитудно-импульсного преобразователя 2, а со второго входа — через формирователь 4 знака в непрерывной форме поступает на второй вход одновременно всех множительнораспределительных ячеек 6 и 7.

В амплитудно-импульсном преобра зователе 2 в дискретные моменты времени m t амплитуды отсчетов -сигнала

y(net) преобразуются в пачки коротких импульсов,„ c количеством импульсов, эквивалентным амплитуде соответствующего отсчета сигнала. Пачки импульсов Э „ поступают далее на первый вход множительно-распределительной ячейки 6-0 и через Регистр 13, ключ 14, подаются в следующие ячейки

6-1,6-2...6- (N/4 — 1) и далее в последовательно соединенные регистры 20 ячеек 7-1,7-2...7-3N/4. По мере продвижения пачек импульсов в регистрах

13 и 20 они одновременно поступают на управляющие входы ключей:15 и 21, каждый короткий импульс 3 из пачки на короткое время открывает соответствующий ключ, осуществляя выборку из непрерывного сигнала х().

Такая дельта-модуляция осуществляется одновременно во всех N множительно-распределительных ячейках спектро-коррелометра, после чего эти выборки поступают в накапливающие ячейки накопителя 8, формируя в л них соответствующие ординаты R (q а {) корреляционной функции в реальном масштабе времени.

Далее осуцествляется вычисление оценок спектра. Рассмотрим для наглядности процедуру Фурье-преобразования х{t) Л() .

Исследуемый сигнал х (t) в этом слуЧае во входном блоке 1 подвергается предварительной обработке (ограничению по частоте, дискретизации, ...), после чего отсчеты нгнала

x(q At), через формирователь 4 знака подаются на второй вход ячеек б (фиг. 2а) . Ha первый вход ячеек 6 (фиг. 1) перед началом обработки подается гармонический сигнал от генератора 3 базисной функции, который в виде пачек импульсов с выхода амплитудно-импульсного преобразователя 2 поступает по цепи регистр

13 — ключ 14 — выход ячейки 6-0 и далее в ячейки 6-1,6-2,....,6 ь (N/4-1) . Последовательность — пачек

4 импульсов в регистрах 13 характеризует четверть периода основной частоты базисной функции (фиг. 2б).

892339 через формирователь 4 знака приложен к входу ключей 15 каждой множительно-распределительной ячейки 6. Одновременно с этим счетчик 11 выборок и счетчик 12 циркуляций начинает счет, формируя на своих выходах код, соответствующий номеру q-1 и 5 п-0, которые подаются на входы формирователя 24 адреса. Код полученного произведения а,)р--q„ n -0 пересылается в регистр адреса 25-1, который через дешифратор 26-1 опре" IO деляет номер выхода коммутатора 27: при коде адреса а-а„р тактовые импульсы поступают на управляющий вход регистра 13 логической ячейки 6-0, осуществляя циркуляцию пачки импульсов 3р по кольцу выход регистра 13 ключ 14 — вход регистра 13 °

Поступая также на управляющий вход ключа 15, импульсы Лр пачки подвергают дельта)-модуляции отсчет 20 х(1 ° at) . Результат модуляции с вы,хода ключа 15 через открытые ключи

)18 и 19 подается на первый вход накопителя 8.

Одновременно импульсы Эр пачки подаются на первый вход элемента

НЕ 16; на второй вход которого поступают тактовые импульсы. При окончании пачки импульсов Эр, на второй вход элемента HE 16 лост пит очередной тактоьый импульс, который ввиду ЗО отсутствия запрещающего импульса на первом входе, пройдет на выход элемента HE 16 и далее на элемент ИЛИ 9 с выхода которого подается на вход Сброс счетчика тактов 23-1 и 35 вход счетчика 12 циркуляций, устанавливая номер п-1.

При п-1 на выходе формирователя

24 адреса образуется код, характе" ризующий номер следующего опрашива- @ емого регистра 13 — ячейки 6-1, так как а „., " q n 1, т.е. в коммута1 торе 27 открйвается выход 1, через который тактовые импульсы подаются на управляюций вход регистра 13 ячейки 6-1.

Каждая из циркуляций пачек им) N пульсов 3< при п 1 ) 2 ) ° ° * 4 1) Осу» ществляется аналогично случаю п-0, но при этом количество импульсов в пачке не заполняет все m ячеек регистров 13 (фиг. 2б), вследствие чего после завершения циркуляции в соответствующем регистре еще требуется Р холостых тактов, чтобы установить пачку импульсов Зи в первоначальное состояние. Исключаются эти холостые затраты времени в данном спектро-коррелометре за счет использования элементов HE 16, ) сигнализирующих о окончании циркуляции и за счет одновременного управления двумя регистрами с адресом а)1,,„ (очередная циркуляция) и с адресом .))) ар, (n-1) (установка начального состояI ния пачки импульсов предыдущей циркуляции) .

Управление двумя регистрами осуществляется введением в устройство

10 опроса двух счетчиков тактов 23, считающих такты сдвига пачек импульсов в указанных регистрах и двух цепей, регистр адреса 25 — дешифратор 26, открывающих одновременно два соответствующих выхода коммута-, тора 27 на эти интервалы времени.

После окончания холостых тактов соответствующий счетчик 23 сбрасывается в начальное нулевое состояние, обнуляется соответствующий регистр адреса 25 и закрывается один из выходов коммутатора 27, в то время как через другой продолжают поступать тактовые импульсы до окончания этой циркуляции.

Последовательность и циркуляций

N (в — регистрах 13) производится до

4 получения суммы результатов дельта модуляции во всех N ячейках накопиI теля 8,причем распределение их по соответствующим ячейкам накопителя 8 производится через общую шину, соединяющую третьи входы множительнораспределительных ячеек 6 и 7, и соответствующие ключи 19 и 22, управляемые блоком 10 опроса (связи не показаны как очевидные).

При получении на выходе входного блока 1 последующих отсчетов сигнала х{с1 ) или q-2,3,...,N процедура обработки осуществляется аналогично случаю q-1, формируются адреса ар„„ с интервалами ьа, кратными q; в соответствующих ячейках 6 производится циркуляция выборки 7„(q.n) и дельтамодуляция отсчета x(qat), результат которой распределяется ключами 19 или

22 на выходы Накопителя 8 с номерами и.

После последней циркуляции q-N в . накопителе 8 Формируется сумма дельта-модулированных выборок, описыва.емая выражением

М N1 lq у

Щ*К D Х) )И)и).)) соь — ) Ъ), 1 где К - масштабный коэффициент шка1 лы частот; t — шаг дискретизации входного сигнала; й7 — шаг дискретизации базисных функций и результата вычислений (фиг. 2б-г);

К вЂ” номер перехода базисной функции через нулевой уровень, определяющий полярность сигнала с выхода формирователя знака.

Вычисление спектра в однородном спектро-коррелометре предлагаемой структуры производится значительно быстрее и до более высоких частот сигнала благодаря записи в регистры

892339

13 отсчетов базисной функции (в виде пачек импульсов), что позволяет сок-, ратить время информативными отсчетами и введению элементов НЕ, исключающему потерю времени на холостые такты при циркуляции отсчетов.

Формула изобретения

1. Однородный спектро-коррелометр, содержащий амплитудно-импульсный преобразователь, связанный с выходами входного блока и генератора базисной функции, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами тактирующего блока, последовательно соединенные И множительнораспределительных ячеек двух типов с

И регистрами, первый вход первой множительно-распределительной ячейки первого типа подключен. к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, вторые выходы N множительно-распределительных ячеек подключены к соответствующим N входам накопителя, третьи входы множительно-распределительных ячеек соединены с третьими выходами и третьими входами предыдущих ячеек, к первому входу мнОжительно-распределительной ячейки первого типа подключен вход регистра, выход которого соединен с входом первого ключа, первый выход которого соединен со входом регистра, а второй выход подключен к первому выходу ячейки первого типа, между вторым выходом и вторым входом которой включены последовательно соединенные второй и третий ключи, между выходом второго ключа и третьим выходом ячейки первого-типа включен четвертый ключ, а второй и третий выходы соединены через пятый ключ, причем в множительно-распределительных ячейках второго типа второй выход соединен с третьим входом ячейки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия анализа, в спектро-коррелометр дополнительно введены формирователь знака, счетчик выборок, счетчик циркуляций, блок опроса, элемент ИЛИ, причем первые N/4 множительно-распределительных ячеек являются ячейками первого типа с дополнительным элементом НЕ в каждой из них, между вторыми входами упомянутых ячеек и вторым выходом входного блока включен формирователь знака, первый вход множительно-распределительных ячеек пер5S

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 651348, кл. G 06 F 15/34, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 657368, кл. G 01 R 23/16, 1976. вого типа соединен с управляющим входом второго ключа и первым входом элемента НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входом регистра и соответствующим выходом блока опроса, а выход элемента НЕ подключен к соответствующему входу. элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом блока опроса и входом счетчика циркуляций, который подключен к третьему выходу тактирующего блока, к четвертому выходу которого подключен второй управляющий вход блока опроса, а к первому выходу подключен вход счетчика выборок,при этом первый и второй информационные входы блока onроса соединены соответственно с выходами счетчика выборок и счетчика цир" куляций, а общий выход — c управляющими входами регистров каждой мнощ жительно-распределительной ячейки первого и второго типов, причем регистры в каждой из 3N/4 множительнораспределительных ячеек второго типа соединены непосредственно между первыми входом и выходом ячеек, а управляющий вход первых ключей этих ячеек подключен к входу регистров

2. Спектро-коррелометр по и. 1, отличающийся тем, что блок опроса содержит два счетчика тактов, формирователь адреса, два регистра адреса, выходы которых через соответствующие дешифраторы подключены к управляющим входам коммутатора, тактовый вход которого соедиМ нен с первым управляющим входом формирователя адреса, вторым управляющим входом блока опроса и со вторыми тактовыми входами счетчиков тактов, первые тактовые входы которых соединены с первым управляющим входом блока опроса,а выходы счетчиков тактов соединены соответственно со вторым и третьим управляющими входами формирователя адреса, информационные входы которого подключены соответственно к первому и второму информационному входу блока опроса, входы которого подключены к входам коммутатора,; а выходы формирователя адреса подключены к входам соответствующих регистров адреса.

892339

Заказ 11244/67

Тираж 735 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

Составитель Г. Семенова

Редактор Н. Пушненкова Техред Ж. Кастелевич Корректор 0,