Коррелометр

ОП-ИОАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ 90 пщ 682 4 Союз Советских Социалистических Республикпубликовано делам изобретений и открытий Дата опубликовани писания 30.08.7(54) КОРРЕЛОМЕТ коррелом название сказыерений,Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для измерения аргумента и значения функции взаимной корреляции между двумя случайными процессами, задержанными один относительно другого.На практике часто указанные параметры функции взаимной корреляции априорно неизвестны. В то же время анализ исследуемых сигналов требуется вести в темпе 10 их поступления. Поэтому для указанных целей наиболее часто применяют коррелометры параллельного действия, работающие по методу умножения.Известный коррелятор 1 содержит ана лого-цифровые блок задержки, блок умножения. В этом корреляторе время задержки меньше времени интегрирования, и поэтому при обработке сигналов большой относительной заборной возможны большие погрешности.Известен етр 2, получивший в литературе коррелометра Стильтьеса.Этот коррелометр содержит аналого-цифровой преобразователь, вход которого является первым входом коррелометра, регистры задержки, выходы одноименных разрядов которых подключены ко входам соответствующих блоков умножения, дополни 2тельные входы которых объединены и подключены ко второму входу коррелометра. Выход каждого блока умножения подключен к первому входу соответствующего элемента И первой группы, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих блоков усреднения, выходы которых подключены к первым входам элементов И второй группы, выходы которых связаны с соответствующими входами многовходового элемента ИЛИ. Управляющие входы регистров и аналого-цифрового преобразователя объединены и подключены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен со вторыми входами элементов И первой группы, третий выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу первого счетчика, разрядные выходы которого через соответствующие дешифраторы и формирователи соединены со вторыми входами элементов И второй группы.Однако в некоторых практических случаях применение известных коррелометров указанных выше типов приводит к очень большим аппаратурным затратам, что ведет к снижению надежности получения достоверного результата измерения.Особенно часто этот недостаток вается в практике акустических изм65 когда задержка между исследуемыми процессами априорно неизвестна и может находиться в пределах от очень малых величин до очень больших, во много раз превосходящих время измерения и вычисления однои ординаты функций взаимной корреляции (другими словами, в пределах во много раз превосходящих время усреднения, выбираемое исходя из точности проводимого измерения, а порой ограниченное нестационарностью исследуемых процессов). При этом все ординаты функции взаимной корреляции должны быть посчитаны за одну реализацию ввиду трудности, а чаще невозможности повторения условий акустического эксперимента. Увеличение аппаратурных затрат в рассмотренных случаях приходится на следующие узлы схемы известного коррелометра: блок задержки одного исследуемого сигнала относительно другого (в 2 это регистры сдвига), схемы перемножения мгновенных значений задержанного и незадержанного сигналов и схемы усреднения результатов перемножения, Причем количественный состав указанных узлов растет прямо пропорционально максимально требуемому времени задержки, в то время как время усреднения, как правило, не зависит от реальной задержки между исследуемыми сигналами и часто требуется значительно меньшим последнего,Целью предлагаемого изобретения является упрощение коррелометра при анализе процессов, время задержки между которыми больше интервала усреднения,Эта цель достигается тем, что в описываемый коррелометр дополнительно введены третья и четвертая группы элементов И, группа элементов ИЛИ, группа элементов задержки, элемент НЕ, дополнительный дешифратор и второй счетчик. Вход этого счетчика соединен с выходом первого счетчика, а выход через дополнительный дешифратор - с входом элемента НЕ и с первыми входами элементов И третьей группы, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя, Выход элемента НЕ подсоединен к первым входам элементов И четвертой группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регистра задержки. Выход каждого элемента И четвертой группы подключен к первому входу каждого элемента ИЛИ группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента И третьей группы. Выход каждого элемента ИЛИ группы соединен со входом соответствующего регистра задержки. Вход каждого элемента задержки группы подключен к выходу соответствующего формирователя, а выход - к входу сброса соответствующего блока усреднения,На чертеже показана функциональная схема коррелометра,5 10 15 20 25 30 Зд 40 45 50 554Устройство содержит т-разрядный аналого-цифровой преобразователь 1, вход которого подключен к выходу первого источника сигнала х(1), регистры 2 задержки, и-разрядные блоки 3 умножения, блоки 4 усреднения, многовходовой элемент ИЛИ 5, счетчик 6 числа импульсов с коэффициентом деления, равным числу регистров, дешифраторы 7 состояний счетчика 6, формирователи 8 импульсов, генератор 9 тактовых импульсов, генерирующий три последовательности тактовых импульсов одной и той же частоты, сдвинутых относительно друг друга во времени, и две - первую и вторую группы элементов И 10 и 11, каждая из которых содержит и отдельных элементов И. Каждый й-тый из а блоков 3 умножения подключен первыми входами к выходу второго источника сигнала у(1), вторыми входами к выходам Й-тых разрядов всех регистров 2, а выходом ко входу А-того элемента И 10, управляющий вход которого подсоединен к выходу 12 генератора 9 тактовых импульсов, на котором генерируется первая последовательность тактовых импульсов. Выход й-того элемента И 10 соединен со входом й-того блока 4 усреднения, выход которого подключен ко входу А-того элемента И 11 второй группы, управляющий вход которого через А-тый формирователь 8 импульсов связан с выходом дешифратора 7 Й-того состояния кольцевого счетчика 6. Вход последнего соединен с выходом 13 генератора 9 тактовых импульсов, на котором генерируется вторая последовательность тактовых импульсов. Выход 14 третьей последовательности тактовых импульсов генератора подключен к тактовым входам регистров 2 и аналого-цифрового преобразователя 1. Выходы элементов И 11 второй группы подсоединены ко входам а-входового элемента ИЛИ 5, выход которого является выходом коррелометра.Описываемый коррелометр отличается от известного тем, что он содержит дополни,ельный счетчик 15, дешифратор 16 нулевого состояния этого счетчика, элемент НЕ 17, и элементов 18 задержки, группу двухвходовых элементов ИЛИ 19 и две группы дополнительных элементов И 20 и 21. Каждый из них содержит по т отдельных элементов И. Вход дополнительного счетчика 15 соединен с выходом кольцевого счетчика 6. Выход дешифратора 16 нулевого состояния дополнительного счетчика 15 подключен к управляющим входам элементов И 20 третьей группы непосредственно, а к управляющим входам элементов И 21 четвертой группы - через элемент НЕ 17. Входы элементов И 20 связаны с одноименными выходами аналого-цифрового преобразователя 1, а выходы - с первыми входамидвухвходовых элементов ИЛИ 19, выходы которых подключены ко входам соответствующих регистров 2. Вторые входы двухвходовых элементов ИЛИ 19 подключены к выходам одноименных элементов И 21, входы которых соединены с выходами соответствующих регистров 2, Вход установки О А-того блока усреднения 4 через й-тьтй элемент задержки 18 и А-тьтй формирователь импульсов 8 подключен к дешифратору 7 й-того состояния кольцевого счетчика 6.Корттелометр работает следующим образом. Первый из исследуемых сигналов х(т,) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 1. В момент (в рассматриваемом примере момент времени 1) подачи на его управляющий вход тактового импульса с выхода 14 генератора 9 сигнал преобразуется в соответствующее число т-разрядного двоичного кода. Это число, представленное импульсами (1 - наличие, 0 - отсутствие импульса), подается на т регистров 2, каждый из которых содержит и-триггеров. Регистры, как и в прототипе 12, выполняют роль цифровой линии задержки. Но в отличие от прототипа количество триггеров в каждом регистре определяется не требуемым временем задержки, а необходимым временем усреднения. С появлением каждого нового сдвигающего импульса на выходе 14 единица продвигается в соседний триггер и на выходе последнего возникает импульс. Импульсы, представляющие число в двоичном коде, которое определяется состояниями триггеров одинаковых номеров (например А) во всех регистрах, постлпают на блок 3 умножения того же номера (в данном примере - номера Зй). К этому блоку подводится второй исследуемый сигнал д(1). На выходе й-того блока умножения формируется сигнал Ао, пропорциональный частному произведению Ат,= =х(1 - АТо) у(бт) Т, - период следования сдвигающих импульсов. Этот сигнал синхронно с тактовыми импчльсами, вьтоабатываемыми на выходе 12 генератора 9, передается через А-тьтй элемент 101 на й-тьтй блок чсреднения 4 А. Тактовые импульсы, генерируемьте на выходе 12 генератора 9, задержаны относительно импульсов, генерирчемых на выходе 14, на интервал времени И. В связи с этим в рассматриваемом примере сигнал Ат, поступит в й-тьтй блок лсреднения 4 Й в момент времени (1 т+Л), когда все переходные процессы, связанные с перемножениями мгновенных значений исследуемых сигналов, уже окончатся. Результат усреднения синхронно с возникновением импульсов на выходе формирователей 8 импульсов (в рассматриваемом примере Й-того формирователя) поступают на выход коррелометра, а синхронно с возникновением импульсов на выходе элементов задепжки 18 (в рассматриваемом примере А-тьтй элемент задержки) блоки усреднения 4 обнуляются. Импульсы на выходе формирователей 8 появляются синхронно со сменой состояния счетчика 6, Тактовые импуль сы, генерируемые на выходе 13 генератора 9, поступают на вход счетчика 6 с задержкой во времени на 2 И относительно импульсов на выходе 14. Таким образом обеспечивается временная развязка момента добавления и-го результата перемноженияМ 5 10 15 2025 30 35 40 45 50 55 60 65 к содержимому й-того блока усреднения с моментом выдачи результата усреднения на выход коррелометра.Начало вычисления функции взаимной корреляции в описываемом коррелометре совпадает с моментом времени 1 о, когда на выходе 13 генератора 9 генерируется первый тактовый импульс, синхронно с которым обнуляются счетчики 6 и 15.В течение времени генерации следующих и тактовых импульсов элементы И 20 оказываются открытыми, а элементы И 21 - закрытыми, так как в течение этого времени на выходе дешифратора 16 вырабатывается разрешающий потенциал, а на выходе элемента НЕ 17 - запрещаютций,Таким образом, в описываемом коррелометре в течение времени генерации первых и-тактовых импчльсов происходит заполнение регистров 2 мгновенными значениями реализации х(г), количество которых равно требуемомл времени чсреднения.Начиная с момента времени 1 о+пТо, состояния элементов И 20 и 21 меняются на противоположные и мгновенные значения оеализации х(т.), накопленные к этому моменту в регистрах 2, будут циркулировать в последних с периодом, равным пТо, по цепи: пегистры 2 - элементы И 21 - элементьт ИЛИ 19 - регистры 2. 1, + ЙТо+ 2 иТоДт. Рассмотоим отличительные особенности работы предлагаемого коррелолтетра на примере А-того канала. От момента воемени Ио+ИТо) (когда мгновенное значение сигнала х, измеренное в преобразователе 1, достигнет й-тьтх тттттггепов пегистров 2) до момента времени (то+ЬТо+пТо) в й-том блоке 4 усреднения накапливается сумма частных произведений вида х(г - ИТо) тт(г) и в момент времени (1 о+ЙТо+пТо), когда счетчик 6 переходит в состояние (й) и на выходе дешифратора 7 А-того состояния счетчика 6 появится импульс, резчльтат успеднения или Й-тая ордината измеряемой фчнкцпп Р(ИТо) постчпит на выход коррелолтетра, В момент времени (1 од-То+ +иТ.+М) на выходе Ф-того элемента задепжки 18 появится импульс, синхронно с которым Ф-тьтй блок 4 чсредненття обнуляется, и в последнем начинается цикл накопленпя пезультата, пропорционального (п 4-И -той ординате измеряемой фл нкцип, зттачентте которой Р,о(ФТо+пТо) появится на выходе коррелометра в момент времени5 О 5 20 25 30 35 40 45 Формула изобретенияКоррелометр, содержащий первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого является первым входом коррелометра, регистры задержки, выходы одноименных разрядов которых подключены ко входам соответствующих блоков умножения, дополнительные входы которых объединены и подключены ко второму входу коррелометра, выход каждого блока умножения подключен к первому входу соответствующего элемента И первой группы, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих блоков усреднения, выходы которых подключены к первым входам элементов И второй группы, выходы которых подключены к соответствующим входам многовходового элемента ИЛИ, управляющие входы регистров и аналого-цифрового преобразователя объединены и подсоединены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которо 7Если емкость счетчика 15 равна У, то навыходе й-того элемента И 11 в момент времениГо+ИТо+пТоЪ Ро+Оо+2 лТ ДУ, + ит, + Р - 1)Т,1, У, + ИТ, + Ипт,1появляются значения измеряемой функциивзаимной корреляции7 (И,), 3(АТ, + иТ,), .;. К, фТ, ++ (Ж - 2) лТ 3 ДИТ, + (Ф - 1)пТ,Д,которые через элемент ИЛИ о поступаютна выход коррелометра,Из рассмотрения работы описанного коррелометра видно, что при его построениидля измерения функции взаимной корреляции, аргумент которой может приниматьзначения от 0 до ИпТО, и требуемом времени усреднения, равном дТО, требуетсятриггеров в регистрах, схем умножения исхем усреднения в У раз меньше, чем впрототипе,го соединен со вторыми входами элементов И первой группы, третий выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу первого счетчика, разрядные выходы кото. рого через соответствующие дешифраторы и формирователи соединены со вторыми входами элементов И второй группы, отличающийся тем, что, с целью упрощения коррелометра при анализе процессов, время задержки между которыми больше интервала усреднения, в коррелометр дополнительно введены третья и четвептая группы элементов И, группа элементов ИЛИ, группа элементов задержки, элемент НЕ, дополнительный дешифратор и второй счетчик, вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход через дополнительный дешифратор подключен ко входу элемента НЕ и к первым входам элементов И третьей группы, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами аналого-цифрового преобразователя, выход элемента НЕ подключен к первым входам элементов И четвертой группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регистра задержки, выход каждого элемента И четвертой группы подключен к первому входу каждого элемента ИЛИ группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента И третьей группы, выход каждого из группы элемента ИЛИ группы соединен со входом соответствующего регистра задержки, вход каждого элемента задержки группы подключен к выходч соответствующего формирователя, а выход соединен со входом сброса соответствующего блока усреднения,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Грибанов Ю, И Веселова Г. П., Андреев В. Н, Автоматические цифровые корреляторы. М., Энергия, 1971, с. 148 в 1.2, Мирский Г, Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М Энергия, 1972, с. 132 - 134,682904 Составитель В. Жовинский Техред Н, Строганова Редактор Р, Киселева Корректор А. Степанова Типография, пр, Сапунова, 2 Заказ 2366(12 Изд,559 Тираж 780 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5