Корреляционное устройство для определения времени задержки

(19) (11 Г 15 336 НИ дена Трудовоголитехнический Корреляцимы. Спрамка",орреляционмы Справоч а", 1973,УСТРОЙСТВОЗАДЕРЖКИ,емой задержки,твенно идержки соотГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Калининский орКрасного Знамени иинститут(54)(57) КОРРЕЛЯЦИОННОЕДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИсодержащее блок регулирувыход которого непосредсчерез блок постоянной за ветственно соединен с первыми входа= ми первого и второго корреляторов, выходы которых соединены с соответствующими входами блока вычитания, выход которого через усилитель соединен с управляющйм входом блока регулируемой задержки, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй управляемые фильтры, информационные входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, управляющие входы первого и второго управляемых фильтров объединены и подключены к выходу усилителя, выход первого управляемого фильтра соединен с вторыми входа-э ми первого и второго корреляторов, выход второго управляемого фильтра соединен с информационным входом блока регулируемой задержки,Изобретение относится к специализированным средствам вычислительнойтехники и может быть использовано,например, в корреляционных измерителях скоростей, расходов в условияхнестационарности, обусловленной изме 5нением параметров движения протяженных объектов и материальных потоков.Известно корреляционное устройст -во для определения времени задержки,содержащие линию регулируемой задержки первого входного сигнала, коррелятор и экстремальный регулятор,причем выход линии регулируемой задержки и, второй входной сигнал связаны с входами коррелятора, а выходпоследнего соединен с управляющимвходом регулируемой задержки (1 .Недостатком данного устройстваявляется низкая помехоустойчивостьи наличие поисковых колебаний, необ Оходимых для поиска и поддержанияэкстремума, что ограничивает его быстродействие.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретению 25является корреляционное устройстводля определения времени задержки,построенное по дифференциальнойсхеме и состоящее из линии регулируемой задержки, выход которой череэ последовательно соединенныелинию постоянной задержки и первыйкорреклятор связан с первым входомблока вычитания, через второй коррелятор - с вторым входом блока вычита" 5ния, выходной сигнал которого черезусилитель подключен к управляющемувходу линии регулируемой задержки(2.Недостатком известного устройстваявляется то, что оно не обеспечиваетвысокой точности в широком диапазонеизмеряемых задержек. Это связано стем, что изменение скорости движенияпротяженных объектов или материальных потоков вызывает изменение корреляционно-спектральных характеристиквходных сигналов, что приводит к нестабильности крутизны дискриминаторной характеристики устройства, которая формируется путем вычитания двухсмещенных во времени оценок взаимно- Окорреляционных функций сопоставляемых нходных сигналов,Цель изобретения - повышение точности определения времени относительной задержки сигналов, 55(") К( К 2 (")которая усиливается усилителем 8, Выходной сигнал усилителя 8 воздейстПоставленная цель достигается тем что в корреляционное устройство дляопределения времени задержки, содержащее блок регулируемой задержки,выход которого непосредственно и через блок постоянной задержки соответственно соединен с первыми входамипервого и нторого корреляторов, выходы которых соединены с соответствующими входами блока вычитания, выход 65 которого через усилитель соединен суправляющим входом блока регулируемой задержки, введены первый и второйуправляемые фильтры, информационныевходы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, управляющие входы первого и второго управляемых фильтров объединеныи подключены к выходу усилителя, выход первого управляемого фильтрасоединен с вторыми нходами первогои второго корреляторов, выход второго управляемого фильтра соединен свторыми входами первого и второгокорреляторов, выход второго управляемого фильтра соединен с информационным входом блока регулируемой задеркки,На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг, 2 - графики,иллюстрирующие работу устройства.Устройство состоит из управляемогофильтра 1 (фильтра зходного сигналах,(1,выход которого подключен ксоответствующим входам корреляторов2 и 3. Выход блока 4 регулируемойзадержки, информационный вход которого соединен с выходом второго управляемого,фильтра 5 (фильтра входногосигнала х 2(С) , связан с другим входом коррелятора 2 и через блок б постоянной задержки - с другим входомкоррелятора 3, Входы блока 7 вычитания соединены с выходами корреляторов 2 и 3, а его выход через усилитель 8 снязан с управляющими входамиуправляемых фильтров 1 и 5 и блока 4регулируемой эацержки.устройство работает следующимобразом.Входной сигнал х,(1) отстает отвходного сигнала хна искомое нрелсмя ., Управляемые фильтры 1 и 5осуществляют динамическое преобразование входных сигналов х,(О и х,(Чсоотнетственно в сигналы ) Й)и ,с заданными корреляционно-спектральными характеристиками, Блок 4 регулируемой задержки задерживает сигналЦ,(г,) на время, а блок б постоянной за,цержки - дополнительно на нремя йс, Коррелятор 2 вычисляет значения ординат взаимно-корреляционнойфункции К) выходных сигналон управляемого фильтра 1 ) и блока 4 регулируемой эацержки),( ), Коррелятор 3рассчитывает значения ординат взаимно-корреляционной функции К Д) выходных сигналов управляемого фйльтра 1( -.ь), Блок 7 вычитания определяет разность Ь Кмежду ныходами корреляторов 2 и 3вует на управляющий вход блока 4 ре гулируемой задержки в направлении уменьшения абсолютного значения разности К и на управляющие входы управляемых фильтров 1 и 5 с целью стабилизации заданных корреляционно 5 спектральных характеристик сигналов 1),(О и)ЯАвтоматический режим работы устройства начинается с такого значенияь линии регулируемой задержки, кото рое обеспечивает попадание на рабочий участок А графика дискриминаторной характеристики Ь К Я , приведенногс на фиг. 2 а. Если значение разности К отличается от нуля, уси литель 8 через управляющий вход блока 9 регулируемой задержки изменяет значение регулируемой задержки ь, обеспечивая поиск точки Я., в окрестности которой ЬК( = О. Вследствие 70 симметрии взаимно-корреляционных функций К,( и Кабсцисса точки 9 отстоит от абсциссымаксимума взаимно-корреляционной функции К 1 на величину 0,5 ь, т. е. =.+05 25При изменении скорости движения протяженного объекта или материального потока происходит изменение искомого времени задержки и корреляционно-спектральных характеристик З 0входных сигналов хй)и х(1). В известных устройствах это приводит к нестабильности крутизны дискриминаторной характеристики ЬК(б , Например при возрастании скорости движения время задержки ьц и интервал корреляции входных сигналов уменьшаются, графики взаимно-корреляционных функций К, и К сужаются. Точка 4 графика дискриминаторной характеристики ь К трансформируется 40 р пологий участок 3 так, как показано на фиг. 2 о, Ширина этого участка обуславливает в известных устройствах дополнительную погрешность определения времени задержки. В пред лагаемом устройстве изменение корреляционно-спектральных характеристик входных сигналов х 1(1) и х 1 (1) компенсируется коррекцией параметров управляемых фильтров, При этом обеспечивается стабильность корреляционно-спект ральных характеристик выходных сигналов управляемых фильтров 1 и 5 1(Ц и ЧЩ и, следовательно, формы и крутизйы дискриминаторной характеристики д К Л)Методика определения параметров управляемых фильтров поясняется на примере. Пусть флуктуации сигнала х(1) по длине 1 протяженного объекта 60 или материального потока описываются автокорреляционной функциейе ке 1:бе "Иэ формулы (51 с учетом соотношений (6) и (7) находится квадрат модуля амплитудно-Фазочастотной характеристики управляемого фильтра Э (и1(4 =ф(Фа(-Й= 65 где 6" - дисперсия;параметр, характеризующийстепень корреляционной связимеяцу значениями случайнойфункции х(1)Для того, чтобы перейти к автокорреляционной функции Кх Л) сигнала хвоспользуемся соотнсшеииемл1= Ч ь, где Ч - скорость движения пропротяженного объекта или материального потока. В связи с тем, что направление движения объекта (потока) считывается неизменным, можно запир л(2)Подстановка формулы 2 в формулу (1) дает выражение для автокорреляционной функции К(1) сигнала х(М)кк (") = е(3)Для однозначного определения времени задержкитребуется монотонность автокорреляционных функций входных сигналов. Этому условию удовлетворяют случайные сигналы с экспоненциальными корреляционными функциями, например, вида (3). Пусть параметры корреляционного устройства определены для некоторой номинальной скорости движения М = Мо, которой соответствует следующее выражение корреляционной функции К, .к д)-,е к(4)Для того, чтобы иэ случайного сигнала х Я с автокорреляционной Функцией вида (3) получить случайный сигналМ с автокорреляционной функцией вида (4), передаточная функция управляемого фильтра Й (р) должна отвечать условиюВИ(ц)=ф(ш) Вх(са), (5) где Ф (и)- амплитудно-фаэочастотнаяхарактеристика управляемого фильтра;5 (ы),5(4- спектральные плотностисигналов х (Ь) и )(ЦКорреляциснным функциям (3) и (4) соотве ствуют следующие выражения спектральных плоскостей 9(и и 5(ы)фл2е.ь(д: кЮе о 2 = г5 у 1 х) о о(Чшшк) 7 Ж,7 ) Ъ . Ч, . 5 Следовательно, амплитудно-фазочастатйая характеристика управляемого фильтра имеет вид 10 7491: Д- Ф Як Эамена ы на р дает выражение дляпередаточной функции (И(р управляемого фильтрач (еР)фф 1 ч,которое после преобразований принимает следующий видТ +(Ъ) = К 7т р 71где ГТкк=- - ,т = -т = - ".1, 1 17 ОКоэффициенты К и Т, являются переменными параметрами управляемых 0 фильтров. С учетом того, чтоЧ- - .7где Ь - расстояние между точками отбора сигналон х,(Ц .и х 2(1) по длине 35 объекта (потока), можно получить зависимость переменных параметров К и Т управляемых фильтров 1 и 5 от значения регулируемой задержкилинии регулируемой задержки, устанавливаемой усилителем 8(8) 25 Кс т= - (205 ьь).3) о(05" ) Коррекция параметров управляемых фильтров 1 и 5 в соответствии с формулами (9) обеспечивает постоянство корреляционно-спектральных характе.ристик сигналови 72и, следовательно, стабильность дискриминаторной характеристик ЬК в широком диапазоне измеряемых задержек.Для количественной оценки эффекта повыаения точности предложенного 55 устройства по сравнению с известным модно воспользоваться соотношением, полученным в работе (3) для случайных сигналов с корреляционной функциейт 7 60 47 кКЛ) =Е где ь - интервал корреляции, это совотношение имеет видл 7"к 1 т . (10)т 7 7г 2 лкч 2 кгде 3 - погрешность определения времени задержки;постоянная времени сглаживания фильтра (интегратора)коррелятора,Пусть параметры корреляционногоустройства для определения временизадержки расситаны для случая, когда=0,1. Тогда расчет погрешностипо Формуле (10) дает следующийрезультат1 1 т то=001, - ,2 ч ,.0,015.В известных устройствах, в которых отсутствуют управляемые фильтры,уменьшение скорости движения 7объекта .(потока) в два раза вызывает возрастание вдвое интервала корреляциивходного сигнала, Следовательно,лотношение ок т также увеличитсявдвоет. е. 7, /Т=0,2, и7 Т ТАнализ полученных результатовпоказывает, что погрешность О, вэтом случае по сравнению с исходнымзначением о. увеличивается более чемн 2,5 раза.Пусть при использовании управляемых фильтрон 1 и 5 .н предлагаемомустройстве их параметры корректируются с ошибками, которые обусловливаютотклонения корреляционно-спектральныххарактеристик выходных сигналов управляемых фильтров (Ц и )2 И) от расчетных. Можно сделать предположениео том, что указанные ошибки приводятк увеличению интервалов корреляцииьк этих сигналов на 20 В при двухкратном снижении скорости движеният е с /Т=0,12.ТогдаГ; 1 т1 я"Г 0,12 я2Следонательно, даже при наличииошибок в канале настройки управляемых Фильтров 1 и 5 точность предлагаемого устройства возрастает,Таким образом, эффект от применения предлагаемого устройства заключается в том что с помощью управляемых Фильтров производится Формирование и стабилизация Формы и крутизныдискриминаторной характеристики,Внедрение предлагаемого устройства позволит повысить точность измерений в широком диапазоне временизадержки, обусловленном изменениемскорости движения протяженных объектов или материальных потоков.1101837 дй Составитель А. Ивановаедактор В. Иванова Техред Т. Маточка Корректор В. Бутяг е илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна Заказ 4769/33ВНИИПИ Гопо делам113035, Москв Р кЮ Тираж 699арственногобретенийЖ, Рауш Подпискомитета СССРоткрытийая наб., д. 4