Цифровой коррелятор для обнаружения эхосигналов

ОПИ(".АИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕДЬСТВУ(23) Приоритет Государстве ииый коиитет СССР ио делан изобретений и отирытий(54) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХОСИГНАЛОВ Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для взаимнокорреляционной обработки зхосигналов.Измерение взаимной корреляционной Функции (ВКФ) между входным сигналом и опорным в реальном масштабе времени требует обработки всего массива.й выборок (определяемого длительностью сигнала.и точностными параметрами измерения) эа время между двумя соседними выборками, поступающими на вход коррелятора. й выборок входного сигнала и й выборок опорного попарно й пар выборок) поступают на арифметическое устройство (АУ), где традиционным способом осуществляется вычисление одной ординаты ВКФ, соответствукщей данному временному сдвигу (времени запаздывания) входного сигнала относительно опорногоТаким образом, при большом М и малом интервале между входными выборками сложно реализовать корреляторы, работакщие в реаль" ном масштабе времени. Процесс вычисления в АУ приходится распараллеливать (из-за ограничеиия по быстродействию элементной базы), что приводит к увеличению аппаратурны затрат.Известен многоканальный цифровойкоррелятор 11, который содержит аналого-цифровые преобразователи, регистры, коммутатор, цифровую линиюзадержки, распределитель каналов, АУс соответствующими связями. Данныйкоррелятор использует слабопрореженные выборки, что позволяет при некотором ухудшении точностных параметров уменьшить аппаратурные затраты.Получить значительный выигрыш в аппаратурных затратах при незначитель 15 ных вносимых погрешностях такой коррелятор не позволяет.Наиболее близким по техническойсущности и схемному решению к изобретению является цифровой коррелятор 20 2, который содержит два цифровыхустройства задержки с памятью и АУ.Выход каждого устройства задержкисоединен с соответствующим входом Ау.Недостатком такого цифрового кор" 25 релятора являются большие аппаратур .ные затраты, определяемые тем, чтодля реализации АУ при обработке сигналов большой сложности в реальноммасштабе времени, требуется значите" 30 .льное количество параллельных кана 879595510 15 20 30 35 40 50 лов, выполняющих операции умножения и усреднения.Целью изобретения является упрощение коррелятора, снижение потребляемой мощности.и увеличение его на" дежности, за счет сокращения количества каналов АУ, а также уменьшение объема памяти в одном из устройств задержки.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой коррелятор для обнаружения эхосигналов, содержащий два блока задержки, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, и арифметический блок, первый вход которого соединен с выходом первого блока задержки. Управляющие входы арифметического блока и блоков задержки соединены с соответствующими выходами блока управления, введен накапливакщий сумматор, вход которого подключен к выходу второго блока задержки, выход соединен со вторым входом арифметического блока, а вход синхронизации накапливакхцего сумматора объединен с управляющим входом арифметического блока.На фиг.1 показана структурная схема цифрового коррелятора для обнаружения эхосигналов; на фиг.2 структурная схема блока управления.Коррелятор содержит два блока 1, 2 задержки, арифметический блок 3, накапливающий суьматор 4, блок 5 управления, генератор б тактовых импульсов, элемент И 7, счетчики 8-11 и дешиФратор 12.Цифровой коррелятор для обнаружения эхосигналов работает следующим .образом.В блок 1 задержки (с памятью) объемом М/8 записываются (обычно в момент излучения зондирукщего сигнала) прореженные М/В выборок опорного сигнала, где 1 - количество непрореженных выборок входного сигнала на интервале между двумя соседними прореженными выборками опорного сигнала. В блок 2 задержки (с памятью М) непрерывно поступают непрореженные выборки входного сигнала, За время между двумя выборками, поступающими на вход блока 2, происходит опрос блоков 1,2, прячем скорость опроса блока 1 в 3 раз меньше, чем скорость опроса блока 2. Накапливающий сумматор 4 осуществляет суммирование 1 непрореженных выборок из блока 2. Результат суммирования совместно с соответствукщей прореженной выборкой (поступающей из блока 1 в момент . снятия результата суммирования) об" разуют пару выборок, которая поступает в арифметический блок 3, где выборки, образующие пару, перемноЖаются, а результаты перемножения суммируются и накапливаются в арифметическом блоке 3Таким образом, за время между двумя непрореженными выборками, последовательно поступающими на вход коррелятора, осуществлен полный опрос памяти блоков 1 и 2, образовано М/1 пар выборок, произведено перемножение выборок, составляющих пары, а результат умножения усреднен. Вычисление очеред" ной ординаты происходит на следующем интервале между выборками, поступающими на вход аналогичным методом. При этом самая "старая" выборка в памяти блока 2 заменяется вновь поступившей. Вычисление ВКФ происходит непрерывно, информация снимается с выхода коррелятора в темпе поступления информации на вход, т.е. коррелятор обеспечивает обработку сигнала в Реальном масштабе времени. Это поз воляет, не изменяя шага дискретности вычисления ВКФ,уменьшать количество выборок, поступающих в блок 3 на интервале усреднения, что приводит к уменьшению аппаратурных затрат в арифметическом блоке 3и объема памяти одного блока задержкиБлок 5 управления работает следующим образом. Генератор б периодически формирует пачки по М+1 импульсов. Первые импульсы в пачках совпадают с моментами прихода входных выборок на коррелятор. Выход генератора б соединен с соответствующими входами элемента 7 И и счетчиков 10 и11. На выходах счетчика 11 (количество состояний счетчика равно М) устанавливается адрес блока задержки 2, По каждому первому тактовому импульсу в пачке осуществляется запись в соответствующую ячейку блока 2 входной выборки .сигнала. Счетсик 11 последовательно формирует М адресов(каждому первому тактовому импульсу в пачке соответствует свой адрес), а после М -го адреса цикл повторяется. После блока 2 очередная входная выборка записывается в ячейку, в которой хранилась самая "старая" выборка. Таким образом, информация блока 2 постоянно обновляется, и в нем хранится Мпоследних текущих выборок входного сигнала. Каждый первый тактовый импульс в пачке, поступающий на счетчик 10, устанавливает его состояние, при котором на выходе.дешифратора 12 формируется команда, переводящая блок 2 в режим записи и запрешанщая прохождение тактовых импульсов через элемент И 7.Со второго по М+1 тактовыми импульсами в пачках осуществляется оп" рос всех ячеек блоков 1 и 2. Счетчик 10 совместно с дешифратором 12 вторыми тактовыми импульсами в пачках формируют вместо команды "Запись" - команду фСчитывание" и снимает запрет на прохождение тактовых импульсов через элемент 7.М тактовых импульсов (с 2-го поМ+1) в Каждой пачке поступают на счетчик 8 (работающий в режиме деления частоты на 3) и далее на счетчик 9 который последовательно по каждому 3-му тактовому импульсу Формирует адрес, опрашивающий ячейку блока 1.Каждый й+1 тактовым импульсом в пачке счетчик 10 (количество состояний счетчика равно М +1) обнуляется и режим считывания прекращается. С приходом следующего первого тактового импульса в следующей пачке цикл работы повторяется. При этом первым формируется адрес второй ячейки (режим записи), затем третьей (режим считывания) Ч -й, первой, и заканчивается цикл считыванием из второй ячейки.Запись опорного прореженного сиг нала в блок 1 осуществляется в момент излучения сигнала, При этом формируется команда "Запись". Далее эта команда в блок 1 не подается (наструктурной схеме фиг.2 не показана 2 О коммутация команды "Запись" - "Считывания" на блок 1) . С выхода счетчика 8 синхроимпульсы поступают на блок 3 и накапливающий сумматор 4.Таким образом, изобретение поз воляет уменьшить весогабаритные характеристики, стоимость и потребляемую мощность, а также увеличить надежность устройства в целом.За счет уменьшения объема аппаратуры, потребляемой мощности, стоимости и увеличения надежности расширены функциональные возможности тракта обработки сигналов. Например, использование описанного устройства позволяет без увеличения габаритов либо реализовать более высокие точностные параметры обнаружения и анализа (использование квадратурных каналов, преобразования Гильберта и др), либо увеличить число одновременно обраба тываемых каналов (параллельнае соединение нескольких предлагаемых корреляторов) . Последнее имеет большое практическое значение, так как большинство реальных систем обработки сигналов характеризуется высокой многоканальностью обработки, как по частоте, так и по пространству.Описанный коррелятор может быть использован как в устройствах обнаружения, так и в измерительных системах. Коррелятор реализован на ИМС серий 133 и К 565.формула изобретенияЦиФровой коррелятор для обнаружения эхосигналов, содержащий два блока задержки, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, и арифметический блок, первый вход которого соединен с выходом первого блока задержки, управляющие входы арифметического блока и блоков задержки соединены с соответствующими выходами блока управления, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения коррелятооа, в него введен накапливакщий сумматор, вход которого подключен к выходу второго блока задержки, а выход соединен со вторым входом арифметического блока, вход синхронизации накапливающего сумматора объединен с управляющим входом арифметического блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 646341, кл. 0 06 Г 15/34, 1977.2. Патент СВЖ Р 3950635,кл. 235-156, опублик. 1977 (прототип) .ВНИИПИ Заказ 9722/20 Тираж 748 Подписно филиал ППП "Патентф,г. Ужгород,ул.Проектная,4