Стохастический коррелометр

(19) (11) 53)5 С 06 С 7/52 АМ:Ъ.)1 НИ ед ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(21) 4601440/24-24 (22) 31. 10. 88 (46) 15.08.90. Бюл. У 30 (71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) К).Н.Самарцев (53) 681.3(088.8) (56) Макс И, Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях, Т,2, 1983, с.65.Мирский Г.Я. Аппаратурное опр еление характеристик случайных процессов. И.: Энергия 1972 рис 4 28 с. 187.(57) Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике иможет быть использовано в системахобработки физических сигналов, Цельизобретения - повышение точности вприсутствии помех. Коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульаов,делитель 2 частоты, фильтры 3, 4, 1нижней частоты, генераторы 8, 9 случайных сигналов, умножители 10, 11,компараторы 13, 14. 3 ил.Изобретение относится к измерительной и вычислительной техникеи может быть использовано в системахобработки физических сигналов.При работе с зашумленными входнымисигналами в коррелометре может возникать значительная погрешность измерения значений корреляционной Функции,так как шумы ведут к неточному выполнению операции умножения вследствиевыполнения модуляции по мгновеннымзначениям, В силу этого он слабо защищен от внешних наводок и шумов, Крометого, коррелометр обеспечивает малуюточность при работе с сигналами малыхуровней, которые соизмеримы с собственными шумами блоков коррелометра,Цель изобретения - повьппение точ-ности в присутствии помех, 20Сущность предлагаемого технического решения - получение значенийкорреляционных Функций путем стохас"тических преобразований ; квадратичного значения одного входного сигнала 25отношения двух входных сигналов, азатем стохастического выделения част"ного от полученных таким образом ипреобразованных в аналоговую формус помощью фильтров нижних частот сигналов.На фиг. 1 изображена структурнаясхема предлагаемого коррелометра;на фиг. 2 - структурная схема гене. ратора случайных сигналов; на Фиг.З -структурная схема Фильтра нижнихчастот.Коррелометр (Фиг. 1) содерЖют генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, фильтры 3-5 йижнихчастот, элементы б,задержки, коммута" 40тор 7, генераторы 8 и 9 случайныхсигналов, умножители 10 и 11, компараторы 12-1 ч выход 15,Генератор случайных сигналов 9(фиг, 2) содержит генераторы 16 и 1745псевдослучайных чисел, цифроаналоговые преобразователи 18 и 19, сумматор 20, источник 21 опорных напряжений, сумматор 22.50 Фильтр нижних частот 3 (фиг.З)содержит операционный усилитель 23,резистор 24 конденсатор 25, резистор 26, операционный усилитель 27,. резисторы 28 и 29, резисторный переменный нотенциометр 30,Коррелометр работает следующим образом,Ф Коррелометр измеряет дискретные значения корреляционной функции в соответствии с выражениемс(, т ) = -П -а уд1где- аргумент корреляционнойфункции, соответствующийвременному сдвигу сигналовХ(с) и УИ) один относительно другого;Т - время интегрироваия.Генератор 9 случайных сигналов генерирует случайный сигнал в дискретизированном ниде ХИ ) с линейным участком закона распределения плотности вероятности в пределах йаибольшего +Хи и наименьшего возможных значений входного сигнала Х, определяемом выражениемоНГенератор случайных сигналов 8 генерирует случайные сигналы в дискретизированном виде Ф(1 ) с равномерным законом распределения плотнос 0ти вероятности Р(У) в пределах значений -У и +У , определяемом выражениемф 1Р(У)гу,причемУУн = УЬ УиХкгде +У и -У - предельное наибольН йшее и наименьшее значение входногосигнала у(г)Входной сигнал Х(Т) непосредственно через коммутатор 7 или сдвинутый во времени Х(й - 0,) через 1-й элемент 6 задержки с временем задержкии коммутатор 7 поступает на вход1компаратара 12. На другой вход компаратора 12 одновременно подаются дискреные значения случайного сигнала 1(1) синхронизируемого импульсами заданной частоты 1/Т от генератора 1 импульсов. ЕслиХИ )Х(Е -),на выходе компаратора 12 формируетсясигнал постоянного уровня ХХ2 Х(с; - ) +1 у ус) 2 25 5 15 Х(с) и У(с) изменяются мало, то за время от момента с до с сигнал) Ф Х(С) изменяется мало и его можно считать постоянным, а количество стробирующих импульсов от генератора 1 равно И, отношение числа и . случал ев, когда Х(ск) б Х(с; -), к числу И пропорционально вероятности РХ(с,)Х(с; - )3 . С учетом закона распределения Р(Х) в пределахфп-ХХХн отношение -. являетсяИ статистической оценкой вероятности Р. и равнои; Х(с, - ) + Хн8 Х 2н В результате в течение времени между моментами с; и с,. на выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал Х, (с) с переменной случайной скважностью, у которого среднее значение Х, за интервал Т = Д с)лл ) К Сигнал Х (с) поступает на фильтр 3 нижних частот с постоянной интегрирования Т, который выделяет постоянную составляющую Х 1 сигнала Х, (с), а также выполняет операцию вычитания в соответствии с выражени- ем Хгде КнВходной сигнал У(с) поступает на второй вход умножителя 10 и в нем перемножается дискретными энаФ чениями случайного сигнала У(С).Если эа время от момента С;. и с;л сигнал у(с) изменяется мало и его можно считать постоянным, то получаемые при этом дискретные значения случайного сигнала У, (С ) на10 выходе умножителя 1 О имеют равйомерный симметричный относительно нуля закон распределения плотности ве- роятности с)у (с,Ц=12 тТс 7 ТДалее в компараторе 13 дискретныезначения случайного сигнала У,(с ) 85808 6сравниваются с дискретнымн значениями .сигнала Х(с - ), причем, еслилУ (с )Хс - ь,), на выходе компа 15ратора 13 формируется сигнал УХ1 зкфв противном случае У= О. С учетомзакона распределения Р(У ) случайного сигнала на выходе умножителя 101;отношение - (1; - число случаев еди ничного сигнала на выходе) являетсястатической оценкой вероятности РУи равноИ В результате в течение времени Тмежду моментами с и с, на выходе)компаратора 13 формируется импульсный 20 сигнал У,(с) со случайной скважностью, у которого среднее значение У, эа интервал Т равно), т, х13 сР 11.Тнф Сигнал У, (с) поступает на фильтр 4 нижнйх частот с постоянной времени интегрирования Т, который выделяет постоянную составляющую У 1 З сигна ла У 1 (с), а также выполняет операцию вычитания в соответствии с выра- жением Х(с; 1 )) (,) = кв в .у35 где К = н ч2,Х Куо Сигнал У(с) с выхода фильтра 4 нижних частот поступает на умножитель 40 11, где перемножается с дискретнымизначениями у(С ) случайного сигнала,формируемого генератором 8 случайныхсигналов. Получаемые при этом дискретные значения У,(с ) случайного 45 сигнала на выходе умножителя 11 распределены по равномерному симметричному относительно нуля закону плотнос-,ти вероятности в пределах значений Далее в компараторе 14 дискретныезначения случайного сигнала У ,(с) 55 сравниваются с дискретными значенйямисигнала Х (С;), пРичем, если У л 1(Ск)4Х (с;), на выходе компаратора 14формируется сигнал У = Хн, в противном случае У, = О, С учетом условия, что сигнал Х (г) в течениевремени между моментами Г и 1;,1практически не изменяется с учетоми е еления равномернбго закона рас р дР(У, ), отношение -(щ; - число случаев единичного сигнала на выходе) равнот;1 Ч 4 Х .К1 1 ОКв течение времени Т на выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал г 1(Т) со случайной скважностью, среднее значение которого за интервал Т равнош 1Т кХ к ш 1 Х(2 ср И Т, НСигнал2 поступает на фильтр ) 20 нижних частот с постоянными времени интегрирования Т и Т, который выделяет постоянную составляющую 1 1 сигнала У. (Е), выполняет операцию вычитания и выделяет среднее значение интеграла полученного таким образом сигнала за время Т, существования сигналов Х(С) и У в соответствии с вь ажением Ц) Т,КЗ х 1=- Пс,)й Ю "д1 О 4В результате значение сигнала Х ( ., 351 Т ) пропорционально дискретному значению корреляционной Функции С х( с, Т,). На выходе стохастического коррелометра сигнал приобретает последовательно значения пропорцио нальные дискретным значениям корреляционной функции.Генератор 9 случайных сигналов (фиг. 2) .работает следующим образом.Генераторы 16 и 17 псевдослучайных чисел генерируют равномерно распределенные случайные числа от 0 до 2 - 1 с частотой, определяемой частотой стробирующих импульсов, поступающих на стробирующий вход ге.нератора 9, Псевдослучайные числа поступают на входы М-разрядных цифроаналоговых преобразователей 18 и 19 с значением опорного сигнала. 55Фильтр нижних частот 3 (фиг.3) работает следующим образом. Опера- ционный усилитель 23 совместно с резистором 24 и конденсатором 25 образует интегратор, на выходе которого выделяется средний интеграл входного сигнала Х гг(1)из которого вычитаХиется усиленный в - раз входной4 Хн сигнал Хи сигнал постоянного Хк уровня равный - . Вычитание осу 8 еществляется на втором операционномусилителе 27, Коэффициент усилениясигнала Х 1.г(С), а также значениеХксигнала постоянного уровня - зада 8 ются соответственно с помощью резисторов 29 и 26 и положением среднего контакта потенциометра 30. Фильтр 4 нижних частот может быть выполнен по аналогичной схеме, что и фильтр 3, только в нем отсутствует связь входа фильтра через резистор 28 с входом второго операционного усилителя 27 и работает аналогично. Фильтр 5 нижних частот может быть выполнен по аналогичной схеме, что и фильтр 3, только в нем также отсутствует связь входа фильтра через резистор 28 с входом второго операционного усилителя 27 и вместо резистора 29 включен конденсатор, совместно с резистором 26, обеспечивающим постояннуювремени интегрирования Т Формула изобретенияСтохастический коррелометр, содержащий два генератора случайных сигналов, два компаратора, три фильтра нижних частот, генератор тактовых импульсов, причем выход первого генератора случайных сигналов соединен с первым входом первого компаратора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены третий компаратор, два умножителя, и элементов задержки, коммутатор, делитель частоты, причем первый инФормационный вход коммутатора является первым входом коррелометра, входы элементов задержки объединеггы и подключены к первому входу коррелометра, выход г-го (3. = 1, , и) элемента задержки соединен с (г+1)-м информационным входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора и первым входом второго компаратора, второй входкоторого соединен с выходом первогоумножителя, первый вход которого соединен с первым входом второго умножителя и выходом второго генератора случайных сигналов, второй входпервого умножителя является вторымвходом коррелометра, выход первогокомпаратора через первый фильтр нижних частот соединен с первым входом :третьего компаратора, второй входкоторого соединен с выходом второгоумножителя, второй вход которого через второй фильтр нижних частот соединен с выходом второго компаратора, выход третьего компаратора соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого являетсявыходом коррелометра, выход генератора тактовых импульсов соединен ссинхровходом первого и второго гене 1 р раторов случайных сигналов, первого,второго, третьего компараторов ичерез делитель частоты - с управляющим входом коммутатора,