Устройство для определения взаимной корреляционной функции

ОП ИСАНИЕ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-в (22)Заявлено 24,06,77(21) 24 94 80/18-2 4 51)М. Кл. с п нсоедине ем заявк 15/3 Гасударственный кАЗССР) Приорнте ялам нэобратаннн аткрмтнй Опубликовано" 15,10.79(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯАИМНОЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ Изобретение относится к корреляционному анализу и может быть использовано в системах автоматического управления и пассивных локационных системах для измерения задержки случайных сигналов. Для указанных целей наиболее часто при меняют коррелометры параллельногои параллельно-последовательного дейст вия, работающие по методу умножения,Известен коррелометр 11, которь однако вносит большие погрешности при обработке сигналов, имеющих относительный допплеровский сдвиг по частоте.Наиболее близким к данному изобретению является устройство, получившее название коррелометра Стилтьеса 1 2, Это устройство для определения взаимной корреляционной фуяция содержит первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых явля-, ются соответственно первым и вторым входами устройства, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, выход которого через экстремальный анализатор подключен к первому входу первогоэлемента И и к первому входу блокасравнения кодов, выход которого подключен ко второму входу первого элементаИ, выход которого через первый регистрсоединен со вторым входом блока сравнения кодов, тактовый генератор, входкоторого объединен с первым входомтриггера и является управляющим входом устройства, выход тактового генератора соединен со входами первого, второго и управляемого делителя частоты,выход первого делителя частоты подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен спервым выходом триггера, а выход второго элемента И соединен со входомсчетчика, выход которого соединен совторым входом триггера, выходы второгЬ и управляемого делителя частотыподключены соответственно к управляющим входам первого и второго аналогоцифровых преобразователей.866 4ты И 9-13, счетчик числа импульсов 14,экстремальный анализатор 15, регистры16 и 17, блок сравнения кодов 18, триггер 19.Принцип работы устройства вытекаетиз следуюших соображений. Вследствиепостоянного допплеровского смещенияспектра сигнала ф, последний оказывается равномерно сжатым (или растянутым) по оси С относительно процессаХЯ), При этом связь между сигналамиХ(Е) и у ослабевает, их взаимная корреляционная функция (ВКф) искажаетсявообще и, в частности, уменьшается поамплитуде. Для упрощения рассуждений,не умаляя их общности, положим, чтодопплеровское смещение "сжимает" сигналц(О,то есть вектор скорости источника сигналов направлен от приемника х к приемнику . Положим также, что сигнал ц)(фиг, 1 а), спектр которого ограничен частотой среза 1 подвергается дискретисзации с частотои)2 . В результатедискретизации получается последовательность отсчетов, расположенных с интервалом - из которых можно восстановить7исходный процесс при помощи функцииотсчетов, Увеличим частоту дискретизации в К раз. При атом получим новуюпоследовательность отсчетов (фиг. 1 б)и эти новы отсчеты расположим с интервалом, Если восстановить теперьнепрерывныХ сигнал, то вновь полученныйпроцесс у(С) будет равномерно ".растянутпо оси 1 относительно исходного процес, са у) в М раз. Таким образом, подвергая процессх дискретизации с частотой 1 и процесс у - дискретизации счастотой Ио, а затем располагая отсчетысигнала у(Ц с интервалами - можно7скомпенсировать исходное допЪлеровскоесмешение. Полная компенсация произойдет при выполнении равенстваЧ1+ - ,Сгде Ч - скорость передвижения источника сигналов от приемника Х кприемнику ЦС - скорость распространения сиг-.налов в данной среде.Выбор частоты дискретизации 1 2,;из условия теоремы Котельникова неявляется обязательным и использован только для наглядности рассуждений, В предлагаемом устройстве частота 4 выбирается в аависимости от необходимого ин,тервала д 1." дискретизации коррелограммы,а при испольаовании в корреляторе ме 45 3 691При использовании известных устройств предполагается, что исследуемые сигналы принадлежат одному частотному диапазону, Это ограничивает область применения таких устройств, так как во многих случаях источник сигналов пере- мешается от одного приемника к другому, следовательно возникает линейное частотное искажение сигналов - аффект Допплера. При этом происходит смешение по частоте спектра сигнала, полученного от одного из приемников относительно спектра сигнала, полученного другим приемником, Допплеровское смешение частоты при неподвижных приемни 15 ках может достигать, например, в акустике десятков и сотен процентов, Это приводит к декорреляции сигналов, иска жению формы взаимной корреляционной функции, в частности, к уменьшению еего максимума и смещению его по оси аргумента.Пель изобретения - повышение точности при работе с сигналами, подвергнутыми линейным частотным искажениям.Для достижения цели в предлагаемый коррелометр дополнительно введены третий, четвертый и пятый элементы И, эле-, мент ИЛИ и второй регистр, вход которого подключен к выходу третьего элемента И, входы которого подключены соответственно к выходам счетчика и блока сравнения кодов, выход второго регистра соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом счетчика, а выход подключен к управляющему входу управляемого делителя час О тоты, первый вход пятого элемента И соединен с выходом вычислительного блока,вторые входы четверт.го и пятого алементов И подключены ко второму выходу триггера.На фиг, 1 изображены эпюры напряжений, действуюших в предлагаемом устройстве; на фиг. 2 - блок-схема устройства определения взаимной корреляционной функции.50Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, делители частоты (следования импульсов) 2 и 3 с фиксированными рааличными коэффициентами деления,управляемый делитель частоты 4 следования импульсов с управл.емым коэффициентом деления, аналого-цифровые преобразователи 5 и 6, элемент ИЛИ 7, вы-числительный блок(коррелятор) 8, элемен10 5691тода некоррелированньсх выборок - ещеи в зависимости от величины интервалакорреляции процессов х и ц 1).ФУстройство для определения взаимнойкорреляционной функции Работает следующим образом,В исходном состоянии счетчик 1 ,триггер 19 и регистры 16 и 17 обнулены, На управляюший вход делиселячастоты 4 от счетчика 14 через элемент ИЛИ 7 поступает слово, состоящееиз логических нулей, при этом коэффициенты деления частоты импульсов бло- ,ков 2 и 4 равны между собой. Фиксированный коэффициент деления блока 3 вьсбирается таким, чтобы в интервале между его выходными импульсами произошло построение коррелограммы вычислительным блоком 8, определение максимальной ординаты корреляционной функции экстремальныманализатором 16и сравнение кодов блоком 18.Нулевой цикл работы устройства начинается с приходом запускающего импульса, который включает генератор тактовых импульсов 1 и устанавливает триггер 19 в состояние ф 1 ф.Тактовые импульсы, проходя черезделители частоты 2 и 4, поступают насинхронизирующие входы аналого-цифрозовых преобразователей (АЦП) 5 и 6, благодаря чему входные сигналы х 1) и ц)подвергаются дискретизации с одинаковой частотой, определяемой фиксированным коэффициентом деления блока 2, От 35счеты процессовссс) иц поступают ввычислительный блок 8, который определяет их ВКФ. Выход блока 8 при этомотключен от выхода всего устройства,так как элемент И 13 запрйг присутссвием логического О" на нулевом выходетриггера 19, Поэтому значения всех ординат коррелограммы поступают тольков экспериментальный анализатор 15, ко 45торий выдает код максимальной ординаты ВКФ на входблока 18 сравнения кодов. Этот блок сравнивает коды, поступающие от экстремального анализатора15 и регистра 16. Если вновь прступив 50.шие от экстремального анализатора число превышает код, хранящийся в регистре 16, то на выходе блока сравненияпоявляется уровень логической "1", который открывает элементы 11 и 12.При этом в оегистр 16 хранения записывается новое максимальное значениеординаты, а в регистр 17 содержимоесчетчика 14, то есть номер цикла,866 бТаким образом, в нулевом цикле работы блок сравнения 18 производит сравнение максимальной ординаты ВКФ и нулевого содержимого регистра 16. На выходе блока 18 появляется логическая "1", открьсваются элементьс И 11 и 12 и в регистр 16 записывается значение максимума ВКФ, полученное в нулевом цикле, т.е. при одинаковых частотах дискретизации процессов х) и ц(1), В регистр 17 заносится нулевое значение содержимого счетчика 14.По окончании этих операций на выходе делителя частоты 3 следования импульсов появляется первый импульс, который через открытый элемент И 9 проходит на вход счетчика 14, Код этого состояния счетчика через элемент ИЛИ 7 поступает на управляющий вход делителя 4, благодаря чему коэффициент деления частоты следования импульсов управления делителя становится меньшим.%Импульсы на синхронизируюший вход АБП 6 поступают чаще и частота дискретизации сигнала х увеличивается.Теперь она выше частоты дискретизации сигнала на величинуЬЙ, . Коррелятор теперь определяет .ВКФ между сигналом ХЕ) и несколько "растянутым" сигналом Ц 1 1. После окончания измерения максимальная ордината этой ВКФ поступает на вход блоке сравнения кодов 18 и, если она превышает максимум предыдущей ВКФ, то заносится в регистр 16, а в регистр 17 записывается соответствующий ей номер цикла, в данном случае - первый В завершение первого цикла на выходе делителя частоты следования импульсов 3 появляется второй (от начала работы) импульс, который через элемент И 9 проходит на счетчик 14 В этот момент начинается второй цикл, в котором, как и во всех последующих, работа устройства протекает аналогично: изменяется коэффициент деления частоты импульсов блока 4, частота дискретизации увеличивается до значения 1 + 4 д 1 ( 1 - номер цикла), коррелятор определяет ВКФ между сигналом х 1) и еще более растянутыми сигналами ф), экстремальный анализатор 15 выделяет максимальную орли- нату очереднбй ВКФ, а экстремальный анализатор, состоящий из элемента И 13 и блока 18, заносит в регистр 16 максимальную из множества вычисленных7 6918за т циклов ординат ВКфа в регистр17 - соответствующий номер цикла,Устройство работает в описанном режиме а циклов, причем и выбираетсяиз соотношения(п) лЮ,) 1 В гдемакс- заранее известный максимальньтй доплеровский сдвиг, пересчитанныйв частоту дискретизации.Таким образом, в течение и цикловбыли получены ВКФ между сигналом хИ) 10и семейством смещенных в частотнойобласти относительно сигнала ц 1) сигналовц ). При этом направление смещения было противоположным исходномудопплеровскому смещению спектра сигнала ц,Иными словами исходное допплеровское смещение сигнала ф) относительно)ф) компенсировалось шагами величинойЬ и при некоторомИ п было ском пенсировано с точностью до ЬХПри этом статистическая связь между сигналами х и ц стала максимальной и максимум ),-Ой ВКФ превысил максимумы всех остальных ВКФ,К моменту поступления на вход счетчика 14 П -го импульса от делителячастоты 3, в регистре 16 хранится наибольший из ряда максимумов ВКФ, т.е.максимум ВКФ цикла, в котором доппле-, З 0ровское смещение было скомпенсированоа в регистре 17 - номер атогоцикла.При этом номер цикла, очевидно, совпадает с кодом, который управлял перестра иваемьтм делителем 4 через элемент ИЛИ З 5в том же цикле.Емкость счетчика 14 равна и . Поокончании П)-го цикла работы отделителя частоты 3 через элемент И 940поступает импульс, который переполняетсчетчик 14. При этом счетчик переходйтв нулевое состояние, а сигнал с его выхода устанавливает триггер 19 в нулевое:состояние.Благодаря атому запираетсяалемент И 9 и последующие имйульсы с45.выхода делителя 3 йе изменяют состояЪние счетчика 14. Кроме этого открываются элементы И 10 и 13, Через элемент И 10 и элемент ИЛИ 7 код номе 50ра цикла, в котором было скомпенсировано допплеровское смещение, поступает изрегистра 17 на управляющий вход делителя частоты 4, устанавливая тот коэффициент деления, который был в упомянутом цикле. Благодаря этому дискретизация процесса Я происходит с той частотой, которая необходима для компенсации его допплеровского смещения. 66 8Результаты измерения ВКФ теперь ттоступают от вычислительного блока 8 навыход устройства через элемент И 13 имогут использоваться для последующегоанализа до тех пор, пока величина допплеровского смещения не изменится. Когдаэто произойдет следует подать сигналЗапуск" и устройство в течение г 1 циклов настроится на новую величину смещения,Предлагаемое устройство для измерения ВКФ может работать и при противоположном знаке допплеровского смещения, а также при неизвестном направлении смещения, однако в последнем случае режим настройки продолжается 2 Пциклов,Формула изобретения Устройство для определения взаимнои корреляционной функции, содержащее первый и второй аналого-цифровые преобразователи, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, выход которого через экстремальный анализатор подключен к первому входу первого алемента И и к первому входу блока сравнения кодов, выход которого подключен ко второму входу первого элемента И, выход которого через первый регистр соединен со вторым входом блока сравнения кодов, тактовый генератор, вход которого объединен с первым входом триггера и является управляющим входом устройства, выход тактового генератора соединен со входами первого, второго и управляемого делителя частоты, выход первого делителя частоты подключен к первому входу второго алемента И, второй вход которого соединен с первым выходом триггера, а выход второго элемента И соединен со входом счетчика, выход которого соединен со вторым входом триггера, выходы второго и управляемого делителя частоты подключены соответственно к управлятощим входам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения тбчности, в устройство дополнительно введены третий, четвертый и пя,тый элементы И; алемент ИЛИ и второй регистр, вход которого подключен к выходу третьего элемента И, входы кото9 691866 10 рого подключены соответственно к вы- четвертого и пятого элементов И подходам счетчика и блока сравнения кодов, ключены ко второму выходу триггера. выход второго регистра соединен с. пер- Источники информвдии, вым входом четвертого элемента И, вы- принятые во внимание при экспертное ход которого подключен к первому вхо 1. Грибанов Ю. Н., Веселова Г., П, ду элемента ИЛИ, второй вход которого н Андреев В. Й., Автоматические пифросоединен с выходом счетчика, а выход вые корреляторы, "Энергия, М 1971 подключен к управляющему входу, управ- с, 169. ляемого делителя частоты, первый вход 2. Мирский Г, Я., Аппаратурное опрепитого элемента И соединен с выходом О деление характеристик случайных пропесвычислительного блока, вторые входы сов, Энергия, М. 1972, с. 132-134. )Подписное218/40 Тираж 78тент", г, Ужгород, фнлиал Птиая,