Устройство для преобразования координат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 80114 1) С 06 Р 7/548 ТЕНИЯ ПИ К 3651467/24-2403.10.8323.02.85. Бюл. УА.В.Гусев, В.Н.ТрВ.Г.Апексеев53) 361,325(088,8)56) 1. Преснухин Л.др. Основы расчетая счетно-решающих306-344.2. Авторско726534, кл.ни с. е свидетельство СССРС 06 Р 7/548, 1974 ГОСУДАРСТ 8 ЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ, содержащее блок умножения, счетчик, сумматор, схему срав.нения, генератор гармонических зависимостей и блок управления, причемгенератор гармонических зависимостейсодержит счетчик аргумента, блокивычисления синуса и косинуса, входыкоторых соединены с выходом мпадшихразрядов счетчика аргумента, блокумножения содержит. первый и второйрегистры и первый и второй умножители, первые информационные входы которых соединены с выходами соответствующих регистров, вторые информациокные входы первого и второго умножителей подключены к выходам соответственно блока вычисления синуса иблока вычисления косинуса генераторагармонических зависимостей, выходстаршего из группы младших разрядовсчетчика аргумента которого соединенсо стробирующим, входом схемы сравнения, выход которой соединен с входа.ми разрешения счета умножителей бло,ка умножения, выходы первого и второго умножителей соединены соответ-. ственно с входом счетчика и первым входом блока управления, второй вход и первый и второй выходы которого со" единены соответственно с выходом знака сумматора, входом суммирования и входом вычитания сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач путем обеспечения возможности вычисления значения синуса угла места, в него введены буферный регистр и коммутатор, причем блок управления содержит три сумматора по модулю два и два элемента 2 И-ИЛИ, первые входы которых соединены с первым входомв блока управления, входы первого и второго регистров блока умножения соединены соответственно с первым и вторым выходами коммутатора, третий выход которого соединен с третьр 1 входом блока управления, соединенным с вторыми входами элементов 2 И-ИЛИ,выходы которых соединены с первым и вторым выходами блока управления, информационный выход которого соединен с выходом устройства и первым информационным входом коммутатора, второй и третий информационные входы котороГо соединены соответственно с выходом буферного регистра и выходом первого умножителя блока умножения, второй вход блока управления соединенс первыми входами первого и второго сумматоров по модулю два, вы- фр ходы которых подключены соответственно к третьим н четвертым входам элементов 2 И-ИЛИ, первый и второй входы схемы сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым выходами коммутатора, выходы с шестого по восьмой которого подключены соот 1141405141405 Составитель А,Зоринактор В.Данко Техред М.Кузьма ректоР Л.Пилипен Зака ал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 96/36ВНИИПИ Гопо делам113035, Мо ираж 710 дарственного изобретений и ва, Ж, Рау Подписноеомитета СССРоткрытийская наб, д.4/5114 ветственно к входам блока управления, с четвертого по шестой, которые подключены соответственно к второму входу первого и первому и второму входам третьего сумматоров по модулю два, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора по мо 1405дулю два, четвертый и пятый информационные входы коммутатора соединенысоответственно с информационным входом устройства и выходом знака сумматора, выход старших разрядов счетчика аргумента соединенс управляющим входом коммутатора.. Операция вычисления формулы (1) может бьгть сведена к следующим преобразованиям: 20 определению проекций единичногорадиус-векторана оси трехмернойсистемы координат (Х,У,Е) по истинно З 0му углу места сов .вп 6 - проекция на ось Е (2)и по истинному курсовому углу 1; 35сов Е в 1 п и - (проекция на ось Х);сов Е сов и - (проекция на ось У),(3)повороту системы координат (Х,У,У 9 40 Е) вокруг оси Х на угол дифферента 6, в результате которого мы получаем проекцию радиус-вектора на ось 2" в новой системе координат (Х,7 ,Е ): 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в специализированных вычислительных средствах информационно-измерительных систем и в 5 "радиоэлектронных устройствах.При решении ряда задач управления и измерения возникает необходимость вычисления синуса угла места, Эта операция, например, применяется 10 в устройствах стабилизации, когда не обходимо стабилизировать по углу мес та характеристику направленности (далее ХН) антенны. Задача определения синуса угла места сводится к вы числению формулы 1я 1 п Е соя 6 -сояЕсоя с 1 яп В =2, (4)повороту системы координат (Х, У, Е) вокруг оси У на угол крена что дает проекцию единичного радиус-вектора на ось 2" в новой системе координат, Х, У, Есоя Е я 1 п с 1 яп у+(в 1 дЕ соя О -сов 1соя ц в 1 п 9 ) соя у =Е" (5)Очевидно, что формулы (1) и (5)тождественны друг другу,Таким образом решение задачи производится в четыре этапа:разложение единичного радиус-вектора на ортогоналъные составлякициепо истинному углу места Е согласноформул (2),определение проекций единичногорадиус-вектора по истинному курсовому углу о согласно формул (3);определение проекции единичногорадиус-вектора в новой системе координат Х, У , Е после поворота наугол дифферента В системы координат(Х, У 2) согласно формуле (4) .определение величины синуса угламеста в системе координат (Х, У,Ец), образованной поворотом системыкоординат (Х, У, 2 ) на угол крена у согласно формуле (5).Известно аналоговое электромеханическое счетно-решающее устройство 13.Устройство имеет ряд недостатков,присущих электромеханическим устройствам: значительные габариты, вес иэлектропотребление, невысокую надежность, малое быстродействиеа также большие кинематические и динамические ошибки.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является уст3 11414 ройство, содержащее блок управления, счетчик, сумматор, блок умножения, первый выход Которого подключен к входу счетчика, а второй - к первому входу блока управления, вторым входом подключенного к первому выходу сумматора, входы которого соединены с выходами блока управления, схему сравнения, генератор, первый и второ: выходы которого подключены к первому и второму входам блока умножения, а третий выход - к первому входу схемы сравнения, выходом соединенной с третьим входом блока умножения.Устройство реализует числоимпуль 1 сный способ преобразования координат. Достоинством этого устройства является простота схемного решения, высокая точность вычисления, малые габариты 2 3.20Однако с помощью известного устройства нельзя реализовать задачу вычисления синуса угла места. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем вычисления синуса угла места.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок умножения, счетчик, сумматор, схему 30 сравнения, генератор гармонических зависимостей и блок управления, при-чем генератор гармонических зависимостей содержит счетчик аргумента, блок вычисления синуса и блок вычис ления косинуса, входы которых соединены с выходом младших разрядов счетчика аргумента, блок умножения содержит первый и второй регистры и первый и второй умножители, первые 40 информационные входы которых соединены с выходами соответствующих регистров, вторые информационные вхо- . ды первого и второго умножителей под ключены к выходам соответственно 45 блока вычисления синуса и блока вычисления косинуса генератора гармонических зависимостей, вход счетчика аргумента которого соединен с стробирующим входом схемы сравнения, 50 выход которой соединен с входами разрешения счета умножителей блока умножения, выходы первого и второго умножителей - соответственно с входом счетчика и первым входом блока 55 управления, второй вход и первый и второй выходы которого соединены со ответственно с выходом знака сумматора, входом суммирования и вычитания сумматора, и коммутатор, введеныбуферный регистр и коммутатор, причем блок управления содержит три сумматора по модулю два и два элемента 2 И-ИЛИ, первые входы которых соединены с первым входом блока управления, входы первого и второго регистров блока умножения - соответстветственно с первым и вторым выходами коммутатора, третий выход которого соединен с третьим входом блокауправления, соединенным с вторымивходами элементов 2 И-ИЛИ, выходамисоединенных с первым и вторым выходами блока управления, информационный выход сумматора соединен с выходом устройства и первым информационным входом коммутатора, второй итретий информационные входы которогосоединены соответственно с выходомбуферного регистра и выходом первого умножителя блока умножения, второй вход блока управления - с первы.ми входами первого и второго сумматоров по модулю два, выходы которыхподключены соответственно к третьими четвертым входам элементов 2 И-ИЛИ,первый и второй входы схемы сравнения соединены соответственно с четвертым и пятым выходами коммутатора,выходы с шестого по восьмой которогоподключены соответственно к входамс четвертого по шестой блока управления, которые подключены соответственно к второму входу первого и первому и второму входам третьего сумматора по модулю два, выходом соединенного с вторым входом второго сум.матора по модулю два, четвертый ипятый информационные входы коммутатора соединены соответственно с информационным входом . устройстваи выходом знака сумматора, выход старших разрядов счетчика аргумента - с управляющим входом коммутатора. На фиг.1 представлена блок-схема устройства, на фиг.2-4 - функциональные схемы соответственно 6 лока. умножения, блока управления и коммутатора на фиг.5 - схема, поясняющая алгоритм работы устройства; на фиг.б - временная диаграмма работыустройства.Устройство содержит блок 1 умножения, генератор 2 гармонических за висимостей, схему 3 сравнения, блок4 управления, сумматор 5, счетчик6, буферный регистр 7 и коммутатор8, Блок умножения содержит регистры,9 и 10 и умножители 11 и 12.Блок управления содержит сумматоры 13 - 15 по модулю два, элементы 2 И-ИПИ 16 и 17.Коммутатор содержит линейку мультиплексоров 18-25 и сумматор 26 помодулю два.Устройство содержит также вход 2 радиус в векто, вход 28 угла мйста,вход 29 с первого по (и) разрядов курсового уг)7 а, вход 30 угла дифферента, вход 31 угла крена, вход 32(п)-го разряда угла курса. вход 31 и-го разряда угла курса, вход 34 знака угла места, вход 35 знака угла дифферента, вход 36 знака угла крена, кодовый выход 37 сумматора, выход 38 20 буферного регистра, первый и второй выходы 39 и 40 блока умножения, третий выход 4 1 коммутатора, выход 42 знака сумматора, выходы 43 и 44 элементов 2 И-ИЛИ, выходы 45-47 с шестов 5 го по восьмой коммутатора, выходы 48- 51 генератора гармонических зависимостей, выходы четвертого 52, пятого 53, первого 54 и второго 55 коммутатора, выходы 56 и 57 регистров блока ЗО умножения, выход 58 схемы 3 сравнения.Рассмотрим работу устройства вчетыре этапа.Управление работой устройства Осу-т 5 . ществляет генератор 2, включающий в себя (и+1)-разрядный счетчик, и разрядов которого задействованы для развертывания текущего угла (аргумента) путем счета тактовых импульсов, а 4 О 1 старших разрядов этого же счетчика предназначены для формирования кода управления. Причем вырабатываемые синусный и косинусный числоимпульсные коды сдвинуты Один Относительно дру гого на один такт, кроме того, по по. явлению импульса переноса с и-го разряда счетчика аргумента (фиг.бъ) на выходах генератора 2 Формируются импульсы синхронизации (фиг.6 д,е,к),5 о предназначенные для записи текущеч информации в регистры 7, 9 и 10 и в схему 3 сравнения и установки в исходные (нулевые) положения сумматора 5 и счетчика 6. Количество импульсов 55 и каналов синхронизации зависит от свойств применяемых элементов и способа передачи информации между элементами. В данном примере используются синхроимпульсы 1-й, 2-й и 3-й(фиг.6 д, е,.), причем для регистров9 и 10 используется синхроимпульс1-й, для регистра 7 - синхроимпульс2-й, для сумматора 5 и счетчика 6синхроимпульс З-й, а для схемы сравнения - один из трех синхроимпульсов.Первый этап решения задачи соответствует коду управления 00 (фиг.6 Ь,и), который поступает с выходов 48генератора 2 на управляющие входыкоммутатора 8.Входной параметр единичного радиус в векто (=1) в виде двоичногокода поступает на информационныйвход 27 коммутатора 8 и далее с еговыходов 54 и 55 через регистры 9 и10, где они запоминаются при поступлении 1-го синхроимпульса, на входы56 и 57 умножения умножителей 11 и12 блока 1 умножения,Входной параметр истинного угламеста Е в виде двоичного кода поступает на информационный вход 28 коммутатора 8 и далее с его выхода 52заносится через информационный входв схему 3 сравнения при поступлении3-го синхроимпульса, На счетные входы умножителей 11 и 12 с первого 49и второго 50 выходов генератора 2 поступают числоимпульсные коды соответственно функций синуса зп И Те т(фиг.ба) и косинуса соя И Т (фиг.6а тб), в результате чего на выходах 39и 40 умножителей 11 и 12 образуютсячислоимпульсные последовательностизп И Т и соя ИТ, где М,1 п тчисло импульсов, равное значению аргумента 90; Тт - период следованиятактовых импульсов.На стробирующий вход схемы 3 сравнения с выхода 51 генератора 2 поступает линейный числоимпульсный код аргумента И Т , который идет на вычитание или на сложение в зависимостиот значения информации на входе сложения-вычитания схемы 3 сравнения.На первом этапе решения задачи числоимпульсный код аргумента идет навычитание, и в момент сравнения егос установленным кодом величины истинного угла места Е на выходе 58 (п++1)-го разряда схемы 3 сравнения появляется сигнал сравнения, которыйзапрещает прохождение числоимпульсной последовательности э 1 п 1 т Т нащ тистинного курсового угла о определя. ют знак соя и, который вырабатывается на выходе сумматора 2 Ь по модулю два и поступает с шестого выхода 45 коммутатора 8 на второй управляющий вход блока 4 управления. По приходу 1-го синхроимпульса код я 1 п Е, полученный на первом этапе вычисления, запоминается в регистре 7 промежуточной информации (фиг.6 р ). С первого 49 и второго 50 выходов генератора 2 на первый и второй входы блока 1 умножения поступают соответственно синусный и косинусный число- импульсные коды, а с третьего выхода 51 генератора 2 на стробирующий вход схемы 3 сравнения поступает линейный числоимпульсный код аргумента, который идет на вычитание или сложение в 20 зависимости от значения (и)-го разряда кода истинного курсового угла о, На фиг.6 м, н пунктирной линией показана работа и состояние (и+1)-го разряда схемы 3 сравнения при поступлении линейного числоимпульсногокода на сложение, По окончании развертывания текущего угла на выходе39 умножителя 11 вырабатывается числоимпульсный код сояядп ц=Х, который поступает на счетный вход счетчика 6, устанавливаемого в начале вычисления каждого этапа как и сумматор 5, по приходу 3-го синхроимпульса, в нулевое исходное состояние.На выходе 40 умножителя 12 вырабатывается числоимпульсный код соя Ясоя ц=У, который поступает на первый информационный вход блока 4 управления и далее, в зависимости от значения информации на управляющих входах, на суммирующий или вычитающий вход сумматора 5, На этом заканчивается второй этап решения задачи.На третьем этапе решения задачи, соответствующему коду управления 01, поступающему с выходов 48 управления генератора 2 на управляющие входы коммутатора 8, с второго выхода 37 сумматора 5 числоимпульсный код соя Е соя и поступает на первый вход коммутатора 8 и далее с его первого выхода 4 на первый вход коммутатора 8 и далее с его первого выхода 54 на четвертый вход блока 1 умножения. Свыхода 38 регистра 7 промежуточнойинформации числоимпульсный код ядп Епоступает на второй вход коммутатора8 и далее с его второго выхода 55 на 7 1141405 выход 39 умножителя 11 и разрешает прохождение числаимпульсной иоследователд ности соя И Ч на выход 40 умтножителя 12.По окончании развертывания текущего угла (аргумента) счетчиком генератора 2, работающим синхронно со схемой 3 сравнения, на выходе 39 умножителя 11 вырабатывается числоимпульсный код я 1 и И Т=я.п Е =2, кото рый поступает на счетный вход счетчика 6, где преобразуется в параллельный двоичный код.На выходе 40 умножителя 12 вырабатывается числоимпульсный код 15 соя И Т =соя Е, который поступает на первйй информационный вход блока 4 управления и далее сего выходов 43 и 44 на суммирующий или вычитающий вход сумматора 5. Причем поступление числоимпульсных кодов, подаваемых на первый и второй информационные входы блока 4 управления и на входы сумматора 5, зависит от знакового выхода 42 самого сумматора 5 и выходов 45- 47 коммутатора 8, На этом заканчивается первый этап решения задачи.На втором этапе решения задачи, который соответствует коду управле. ния 10, поступающему с выходов 48 управления генератора 2 на управляющие входы коммутатора, числоимпульсный код с второго выхода 37 сумматора 5 поступает на первый вход коммутатора 8 и далее с его первого 54 и35 второго 55 выходов на четвертый и пятый входы блока 1 умножения и по приходу 1-го синхроимпульса запоминается в регистрах 9 и 10 (фиг.6 к, л). Входной параметр истинного курсового угла ц от 1-го до (и)-го разряда в виде двоичного кода поступает на информационный вход 29 коммутатора 8 и далее с четвертого выхода 52 заносится в схему 3 сравнения и по приходу 3-го синхроимпульса запоминается в ней, Входной параметр значения (и)-го разряда кода истинного курсового угла и поступает50 на информационный вход 32 коммутатора 8 и далее с его пятого выхода 53 на вход сложения-вычитания схемы 3 сравнения. Входной параметр значения и-го разряда кода истинного кур 55 сового угла с 1 поступает на информационный вход 33 коммутатора 8Значения (и)-го и и-го разрядов кода9 1141 пятый вход блока 1 умножения. Со знакового выхода 42 сумматора 5 код знака величины сояГ соя Ч поступает на четвертый вход сумматора 8 и далее с его седьмого выхода 46 на третий управляющий вход блока 4 управления.Входной параметр угла дифферента В в виде двоичного кода поступает на информационный вход 30 коммутатора 8 и далее с его четвертого выхо О да 52 заносится через информационный вход в схему 3 сравнения. Входной параметр знака истинного угла места ЗН 1 поступает на информационный вход 34 коммутатора 8 и далее с его шестого выхода 45 на второй управляющий вход блока 4 управления. Входной параметр знака угла дифферента Зн 0 поступает на информационный вход 35 коммутатора 8 и далее с его .восьмого выхода 47 на четвертый управляющий вход блока 4 управления. Код сояяп 9 запоминается в регист. ре 7 промежуточной информации.Совместная работа генератора 2, 25 схемы 3 сравнения и блока 1 умножения 1 происходит аналогично их работе на первых двух этапах, По окончании развертывания текущего угла счетчиком аргумента генератора 2 на выходе 39 умножителя 11 вырабатывается числоимпульсный код соя Е соя 9 ваап Ю, который поступает на третий вход коммутатора 8 и далее с его третьего выхода 41 на второй информационный35 вход блока 4 управления, на первый информационный вход которого с выхода 40 умножителя 12 поступает выработанный числоимпульсный код я 1 пГсоя О, С,выходов 43 и 44 блока 4 управления числоимпульсные коды поступают на соответствующие входы сумматора 5, который производит операцию алгебраического суммирования я 1 п Е соя О -соя Е сов о яп 6 =2 (на45 фиг.6, о показано суммирование кодов я 1 п Е соя О+ соя Е соя Ч я 1 п 6), На этом заканчивается третий этап решения задачи.Четвертый этап решения задачи со 50 ответствует коду управления 11, который подается с выходов 48 управления генератора 2 на управляющие входы коммутатора 8.Числоимпульсный код я 1 пЕ сов 8 -55 сояЕ сов о яп 6 с второго выхода 37 сумматора 5 поступает на первый вход коммутатора 8 и далее с его второго 405 10выхода 55 на пятый вход блока 1 умножения. С выхода 38 буферного регистра 7 числоимпульсный код сояГ я 1 п Ч поступает на второй вход коммутатора 8 и далее с его первого выхода 54 на четвертый вход блока 1 умножения, Со знакового выхода 42 сумматора 5 код знака величины (я 1 п с. соя 6 - сов соя о вхп)поступает на четвертый вход коммутатора 8 и далее с его шестого выхода 45 на второй управляющий вход блока 4 управления, Входной параметр угла крена у в виде двоичного кода поступает на информационный вход 31 коммутатора 8 и далее с его четвертого выхода 52 заносится в схему 3 сравнения. Входной параметр значения и-го разряда кода истинного курсового угла 9 поступает на информационный вход 33 коммутатора 8 и далее с его седьмого выхода 46 на третий управляющий вход блока 4 управления. Входной параметр знака угла крена Зн. поступает на информационный вход 36 коммутатора 8 и далее с его восьмого выхода 47 на четвертый управляющий вход блока 4 управления.С первого 49 и второго 50 выходовгенератора 2 на соответствующие входы блока 1 умножения поступает синусный и косинусный числоимпульсные коды, а с третьего выхода 51 .генератора 2 на тактовый вход схемы 3 сравнения поступает на вычитание линейный числоимпульсный код аргумента.По окончании развертывания текущего угла (аргумента) с первого выхода блока 1 умножения числоимпульсный код сояб яхп 9 я 1 п - поступает на третий вход коммутатора 8 и далее с его третьего выхода 4 1 на второй информационный вход блока 4 управления, на первый информационный вход которого с второго выхода 40 блока 1 умножения поступает числоимпульсный код (я 1 псо. В - со.сов Ч я 1 п Е ) сов у.С выходов 43 и 44 блока 4 управления числоимпульсные коды, в зависимости от информации на управляющих входах блока 4 управления, поступают на соответствующие входы сумматора 5, на втором выходе 37 которого получаем двоичный код величины синуса угла местая 1 п ф =2=соя Г я 1 п о я 1 п у+(я 1 п Е совВ-соя Г соя Ч яп 6) соя у,Введение в устройство, содержащее блок управления, счетчик, сумматор, блок умножения, схему сравнения, генератор, новых элементов - буферного регистра, коммутатора и наличие указанных связей между блоками позволяет, по сравнению с известным устройством расширить функциональные возможности предлагаемого устройства путем вычисления синуса угла места. 10 15В предлагаемом устройстве точность и быстродействие зависят от количества разрядов функций синуса и косинуса, вырабатываемых генератором,. раз,11, 11414 а на знаковомвыходе 42 - знак сину.са угла места. На этом заканчивается четвертый этап решения задачи. 05 12рядность которых определяется требуе. мой точностью, причем время вычисле 2" 2нияргде и - разрядность функций синусаи косинуса;Г - тактовая частота.Так, например, при точности отображения функций синуса и косинуса 0,027 (для ВТ предельная точность составляет 0,027) требуется п=12 и при Г =1 МГц (для ИМС серии 133 предельная частота 20 МГц) время вычисления составляет Т = 8 мс, чтопо быстродействию на несколько порядков выше, чем у известного устройства.Предлагаемое устройство не менее чем в 15 раз дешевле электромеханической системы известного устройства