Знаковый коррелятор (его варианты)

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (» >959103 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.02.81 (21) 3242304/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет —. (51) М. К .

G 06 G 7/19.Гееударстеенкый комитет

СССР (53) УДК 681.333 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34 ло делам каебретелкй и еткрытий

Дата опубликования описания 25.09. 82 (72) Авторы изобретения М. Д. Генкин, В. С. Голубев, О. Б. Скворцов и

Государственный научно-исследовательский ин машиноведения им. акад. A. А. Благонрав (71) Заявитель (54) ЗНАКОВЫЙ КОРРЕЛЯТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1

Изобретение относится к области вычислительной техники, может использоваться также в системах автоматики для автоматического контроля и предназначено для определения положения функции взаимной корреляции- сигналов.

Известен коррелятор, содержащий первый и второй усилители-ограничители, входы которых соединены с входами коррелятора, элементы совпадения, тактовый генератор с делителем частоты, элемент задержки (регистр), входы которых соединены с выходами элементов совпадения, первые входы которых соединены с выходом первого усилителя-ограничителя (1).

Недостатком этого коррелятора являются ограниченные функциональные возможности, так как он не позволяет автоматически получить оценку положения максимума функции взаимной корреляции.

Известен также знаковый коррелятор, содержащий первый и второй усилителиограничители, узел задержки, блок усреднения и блок индикации, вход которого соединен с выходом блока усреднения, вход которого соединен с выходом логического элемента, входы которого соединены с вы2 ходами первого и второго усилителей-ограничителей (2).

Недостатками знакового коррелятора являются ограниченные функциональные возможности. Так, если это устройство использовать для определения положения максимума функции взаимной корреляции путем последовательного вычисления значений функции взаимной корреляции при различных величинах задержки, время измерения оказывается весьма большим (требуется большое количество замеров). При параллельном использовании таких устройств растут аппаратурные затраты. Если же использовать это устройство для определения положения максимума функции взаимной корреляции по значению коэффициента корреляции, получаемая оценка не дает однозначного определения положения максимума функции взаимной корреляции, так как одному и тому же значению коэффициента

2О корреляции в этом случае соответствуют равные по модулю, но противоположные по знаку величины времени задержки.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет определе959103 нения, компаратор, выход которого подключен к первому входу блока индикации, входы компаратора соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и с выходом первого блока усреднения, вход второго блока усреднения подключен к выходу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом компаратора и с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы ко50

55 ния величины и знака задержки периодического входного сигнала.

Поставленная цель достигается в вариантах технических решений принципиально одним и тем же путем, а именно получением оценки знака величины задержки, соответствующей положению максимума функции взаимной корреляции путем оценки знака коэффициента корреляции одного сигнала и вспомогательного сигнала, сформированного из второго сигнала с помощью блока задержки, осуществляющего аппроксимацию преобразования Гильберта этого второго сигнала, Поставленная цель для первого варианта достигается тем, что в знаковый коррелятор, содержащий блок индикации, первый и второй, усилители-ограничители, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго усилит еля-ограничителя, выход первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу первого блока усреднения, введены второй блок усреднения, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и компаратор, входы которого подключены к шине нулевого потенциала и к выходу первого блока усреднения, входы второго элемента ИСКЛЮЧАЮ

ЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с вы- Зо ходами первого и второго усилителей-ограничителей, а выход подключен ко входу второго блока усреднения, выходы которого соединены с первым входом блока индикации, второй вход которого подключен к выходу компаратора.

Во втором варианте цель достигается тем, что в знаковый коррелятор, содержащий блок индикации, первый и второй усилители-огра ничители, входы которых являются соответственно первым и вторым входами 4п коррелятора, выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока задержки„вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен ко входу первого блока усреднения, введены второй и третий элементы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй блок усредторого подключены соответственно к выходам первого и второго усилителя-ограничителя.

На фиг. приведена структурная схема знакового коррелятора, соответствующего первому варианту; на фиг. 2 — структурная схема знакового коррелятора, соответствующая второму варианту; на фиг. 3 — структурная схема примера выполнения блока задержки; на фиг. 4 — график зависимости функции взаимной корреляции от времени задержки, поясняющий принцип работы знакового коррелятора.

Первый вариант (фиг. 1) знакового коррелятора содержит первый 1 и второй усилители-ограничители, блок задержки 3, логический элемент 4, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, блоки усреднения 5 и 6, блок индикации 7, входы элемента g ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ соединены с выходами соответственно первого 1 и второго 2 усилителей-ограничйтелей, вход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом 9 знакового коррелятора, второй вход 10 которого соединен со входом усилителя-ограничителя 2, входы компаратора 11 соединены с выходом блока усреднения 5 и шиной нулевого потенциала, входы блока индикации 7 подключены к выходам блока усреднения 6 и компаратора 11.

Второй вариант знакового коррелятора (фи г. 2) содержит до пол нител ьно элемент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, а блок индикации выполнен в виде прибора-индикатора 13 и резистора 4.

Блок задержки (фиг. 3) содержит пер- вый 1 5 и второй 16 резисторы, конденсатор !7, полевой транзистор 18, элемент усреднения 19, операционный усилитель

20, компаратор 21 и элемент ИСКЛЮЧАЮЮЩЕЕ ИЛИ 22, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом 23 и входом 24 блока задержки, вход

24 которого через первый резистор 15 соединен с инверсным входом операционного усилителя 20 и через второй резистор 16 с выходом операционного усилителя 20, который соединен с прямым входом компаратора 21, инверсный вход которого соединен с шиной опорного сигнала 25, а выход компаратора 21 соединен с выходом

23 блока задержки, вход 24 которого соединен через конденсатор 17 с прямым входом операционного усилителя 20 и стоком полевого транзистора 18, исток и затвор которого соединены соответственно с шиной 25 и выходом элемента усреднения 19, вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22.

Общий принцип работы коррелятора поясняется фиг. 4, на которой приведен график знаковой функции взаимной корреляции G„ в зависимости от величины задержки. Так как ход этого графика одинаков для гармонических прямоугольных и т. н. сигналов, 959103 где Т

55 щих положение максимума. Операцию усреднения выполняет блок усреднения 6, в ка- то по известному значению коэффициента корреляции G можно оценить положение максимума функции взаимной корреляции макс .

1 - (1 — .), (1) где Т вЂ” период сигнала.

Подобная оценка, однако, дает только модуль этой величины, так как одинаковым. б, могут соответствовать как отрицательные, так и положительные "ь„д„,.Для устранения такой неоднозначности в предложенном технической решении определяется знак коэффициента корреляции бр одного из входных сигналов и вспомогательного сигнала, получаемого из второго сигнала путем его задержки на четверть периода. Так как канал оценки знака также работает на основе оценки коэффициента корреляции, обеспечивается высокая помехоустойчивость всего устройства. Ордината функции такой вспомогательной функции взаимной корреляции показана на фиг. 4 .пунктирной линией, и коэффициент корреляции G,", получаемый при этом, имеет знак, обратный знаку истинного значения т.„ что и позволяет получить однозначное ойределение положения максимума.

Рассмотрим работу знакового коррелятора, структурная схема которого показана на фиг. 1. Исследуемые сигналы подаются на входы 9 и 10 устройства, откуда поступают на входы усилителей-ограничителей 1 и 2, которые осушествляют преобразование этих входных сигналов х и у в форму логических сигналов, причем единичное логическое значение присваивается положительйым выходному сигналу соответствующего усилителя-ограничителя, а нулевой логический сигнал — отрицательному или нулевому.

Выходные сигналы усилителей-ограничителей подаются на входы элемента 8, который осуществляет выполнение операции

СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА. Таким образом, постоянная составляющая сигнала на выходе логического элемента 8 оказывается величиной, однозначно определяющей положение максимума функции взаимной корреляции. Действительно,.

G = Кф f jsignx(t) + sign@(t)) dt, (2) т„, и — постоянная времени блока элемента) усреднения; — коэффициент пропорциональноности.

Из (2) и (1) можно определить положение максимума по модулю, что позволяет проградуировать элемент индикации непосредственно в величинах, характеризую 0 !

Z0

6 честве которого может быть использован интегратор или фильтр низкой частоты. Знак величины определяется выходным сиг налом компаратора 11, который определяется величиной сигнала на выходе блока усреднения 5, который выделяет среднее значение сигнала на выходе логического элемента 4, .выполняюшего логическую операцию СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА, для сигнала sign х(t) и signу(t — т).

Таким образом Г„, определяется в соответствии с выражением

sign смаке= signJ Lsignx(t) +signy(t — + )) dt. т

Блок задержки, таким образом, может представлять собой просто линию задержки.

Однако, если измерения проводятся в некоторой полосе частот входных сигналов, требуется перестройка времени задержки такой линии задержки, что не всегда возможно, а в случаях, когда частота сигнала неизвестна, то осуществление такой перестройки оказывается невозможным. В этом случае для формирования сигнала, сдвинутого на четверть периода, можно воспользоваться широкополосным интегратором.

Рассмотренные варианты по су шеству обеспечивают формирование. отдельных оценок модуля и знака фазового сдвига. В некоторых случаях оказывается более удобным получить результат в виде одного сигнала.

Это может быть достигнуто, например, в знаковом корреляторе, структурная схема которого показана на фиг. 2. Особенностью функционирования этого знакового коррелятора является использование дополнительного элемента 12, осушествляюшего логическую операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, благодаря чему, если выходной сигнал компаратора ll нулевой, сигналы с выхода логического элемента 8 приходят на блок усреднения 6 без изменений, а если выходной сигнал компаратора 11 единич.ный, то сигналы с выхода логического элемента 8 проходят на вход блока усреднения

6 инвертируясь, благодаря чему обеспечивается однозначная индикация с помощью индикатора 13 величины ),,„ на одной непрерывной шкале.

Рассмотренные варианты знакового коррелятора расширяют возможности известных за счет определения значения и знака задержки периодического сигнала.

Формула изобретения

1. Знаковый коррелятор, содержащий .блок индикации, первый и второй усилители-ограничители, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, выход первого усилителя-огра959103 ничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен ко входу первого блока усреднения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения величины и знака задержки периодического входного сигнала, в знаковый коррелятор введены второй блок а усреднения, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и компаратор, входы каждого подключены соответственно к шине нулевого потенциала и к выходу первого блока усреднения, входы второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второй усилителей-ограничителей, а выход подключен ко входу второго блока усреднения, выходц которого соединены с первым входом блока индикации, второй вход которого о подключен к выходу компаратора.

2. Знаковый коррелятор, содержащий блок индикации, первый и второй усилители-ограничители; входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ подключен ко входу первого блока усреднения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения величины и знака задержки периодического входного сигнала, в знаковый коррелятор введены второй и третий элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, второй блок усреднения, компаратор, выход которого подключен к первому входу блока индикации, входы компаратора соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и с выходом первого блока усреднения,.вход второго блока усреднения подключен к выходу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом компаратора и с выходом второго элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходм первого и второго усилителя-ограничителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Курочкин С. С. Многоканальные счетные системы и коррелометры. М. «Энергия», 1972, с. 223 — 231.

2. Балл Г. А. Аппаратурный корреляционный анализ случайных процессов. М., «Энергия», 1968, с. 50.

959103

Составитель В. Жовинский

Редактор О. Колесникова ТехредА. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 6795 67 Тираж 73l Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж.— 35, Раушская наб., д. 4/5

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