Коррелометр

Союз СоветскнкСоцналнстнческнкРеспублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 792265 а(5 )М. Кл.б 06 6 7/19 с присоепнненнен эаявкн Ж -Гооударстаенныи комитет СССР ао делам нзооретеннй н открытийДата опубликования описания 30.12.80(54) КОРРЕЛОМЕТР Изобретение относится к области измеритель. ной и вычислительной техники и может.быть 1 использовано для измерения функции взаимной корреляции между двумя случайными процессами, задержанными один относительно другого.На практике часто параметры функции взаимной корреляции априорно не известны.В то же время анализ исследуемых сигналов требуется. вести в темпе их поступления.Поэтому для указанных целей наиболее часто применяют коррелометры параллельного действия, работающие по методу умножения 1).Особенно часто усложненные аппаратурно коррелометры, к которым относятся коррет 5 лометры (11 необходимы для акустических измерений, когда задержка между исследуемы. ми процессами априорно не известна и может находиться в пределах от очень малых вели.чин до очень больших, во много раэ превосхо10 дящих интервал корреляции между исследуе мыми процессами. При этом все ординаты функции взаимной корреляции должны быть посчитаны за одну реализацию ввиду труд. ности, а чаще невозможности повторения условий акустического эксперимента.Увеличение аппаратурных затрат в рассмотренных случаях приходится на следующие узлы схемы известного коррелометра 111; схе. му, обеспечивающую задержку исследуемого сигнала относительно другого, схемы перемножения мгновенных значений задержанного и неэадержанного сигналов и схемы усреднения результатов перемножения. Причем ко. личественный состав указанных узлов растет прямо пропорционально максимально требуемому времени задержки, в то время как для вычисления информативного участка коррелограммы количество узлов перемножения и усреднения требуется пропорциональное интервалу корреляции между исследуемыми сигналами.Кроме аппаратурных затрат при применении известных схем коррелометров возникают трудности, связанные с обработкой получен. ных результатов измерения.Действительно, для оператора, работающего с аппаратурой, измеряющей функцию вэаим2265 3 79ной корреляции, как правило представляетинтерес наблюдение не всей коррелограммы,ординаты которой имеют аргумент, принимающий значения от 0 до Вдс ( О н сикс - максимальная ожидаемая величина задержки), атолько ее участка, длительностью С (С интервал корреляции между исследуемымисигналами),При априорной неизвестности свойств иссле.дуемых сигналов оператору часто необходимонесколько наблюдений коррелограммы дли.тельностью З цех последовательно во вре.мени, чтобы принять решение, какой же изучастков длительностью Гявляется информа.тинным. Другими словами, выделить информа.тивный участок коррелограммы операторупомогает наблюдение динамики процесса иэмеОбеспечить же наблюдение динамики процесса измерения больших участков коррелограммы, измеренных перечисленными методами,технически очень сложно, Кроме того, приве.дение масштаба коррелограммы по оси абсцисск размеру, удобному для ее наблюдения оператором, настолько сузит информативныйучасток, что оператор может его просто незаметить.Известен коррелометр 21, в которомаппаратурные затраты по сравнению с рассмотренными сокращены пропорционально отношению максимально ожидаемого времени задержки к требуемому времени усреднения, Одна.ко применение этого коррелометра, содержащего линию задержки, блоки умножения, блокиусреднения, эффективны в случаях, когдатребуемое время усреднения меньше макси.мально ожидаемой задержки.Кроме того, в рассматриваемом случае,когда отношение требуемого времени усреднения к интервалу корреляции много большеединиць, этому коррелометру присущи теже недостатки, что и рассмотренным известным коррелометрам,Целью изобретения является упрощение и,следовательно, повышение надежности коррелометра, предназначенного для измеренияфункции взаимной корреляции между процессами, задержанными один относительнодругого на интервал времени, превышающий. интервал корреляции исследуемых сигналов.Эта цель достигается тем, что в коррело.метр, содержащий многоотводную линиюзадержки, каждый выход которой, кромепоследнего соединен с первым входом соответствующего блока умножения, вторые входы блоков умножения объединены и являются первым входом коррелометра, а выходы блоков умножения подключены ко вхо.дам блоков усреднения, введены дополни 5 10 15 20 25 30 35 40 45 тельная линия задержки, блок сложения иблок вычитания, входы которого подключень 1соответственно к выходам многоотводнойлинии задержки и дополнительной линиизадержки, выход блока вычитания подключенк первому входу блока сложения, выход которого соединен со входом многоотводнойлинии задержки, второй вход блока сложенияобъединен со входом дополнительной линиизадержки и является вторым входом коррело метра,На чертеже изображена схема предлагаемогокоррелометра.Он содержит блок 1 алгебраического сум.мирования мгновенных значений сигналов(блок сложения), линию 2 задержки, многоотводную линию 3 задержки, блок 4 вычитания мгновенных значений сигналов, блоки 5умножения и блоки б усреднения. Каждый-й отвод многоотводной линии 3 задержкиподключен к первому входу -го блока 5умножения, Вторые входы блоков умноженияобъединены и подключены ко второму входукоррелометра - у(т). Выход каждого -гоблока умножения подключен ко входу .гоблока б. усреднения. Вход линии 2 задержкии первый вход блока 1 суммирования объединены и подключены к первому входукоррелометра - х(т). Выход блока 1 сумми.рования подсоединен ко входу многоотводнойлинии 3 задержки, выход которой подключенк первому входу блока 4 вычитания, второйвход которого соединен с выходом линии 2задержки, Выход блока вычитания подключенко второму входу блока 1 суммирования,Выходами коррелометра являются выходыблоков 6 усреднения.В описываемом коррелометре корреляционной обработке подвергаются один из входныхи сформированный из другого вспомогательныйсигналы. Вспомогательный сигнал формируютпутем алгебраического суммирования текуще.го значения одного иэ исследуемых сигналов(на чертеже сигнал х(т) со всеми его предшествующими значениями, следующими черезинтервал времени, больший интервала корреляции и отстоящими во времени от текущегозначения не более чем на максимально ожидаемую задержку между исследуемымисигналами,Выходная информация предлагаемого коррелометра представляет собой суммудмокс отрезков общей коррелограммы, каждый из которых имеет длину Г которые просуммированы по принципу - начало и конец первого отрезка соответственно с началом и концом каждого иэ остальных отрезков.792265 6окончится, когда значение сигнала х(с), изме.ренное в момент времени с = О, появитсяна выходе линии 2 задержки, т.е, в моментвремени с = Х- йС 3, Начиная с этого мо.мента времени из суммы слагаемых, генери.руемой на выходе линии 3 задержки, в блок4 вычитания будет вычитаться первое слагаемое,а вместо него в блоке 1 суммирования будетдобавляться новое слагаемое, равное текущемузначению сигнала х(с),В произвольный момент времени с значениевспомогательного сигнала г(с), генерируемогона входе линии 3 задержки, можно предста.вить в виде гдеГ, - интервал корреляции исследуемыхсигналов;6 . - максимально ожидаемая задержкафцф между исследуемыми сигналами.Благодаря этому каждое мгновенное значение сигнала х( ) циркулирует в линни 3 задержки (по цепи выход блока 1 суммирования, линия 3 задержки, блок 4 вычи. тания, второй вход блока 1 суммирования) М раз, пока не появится на выходе линии 2 задержки равное ему значение и не вычтется в блок 4 вычитания из циркулирующего,Пусть в исходном состоянии линии 2 и 3 задержки обнулены,Тогда от момента времени с = О до с =," линия 2 задержки частично, а ли. ння 3 задержки полностью заполняются мгновенными значениями сигнала х(с) с аргументами от О до 2.Начиная с момента времени с =С до момента времени с = 2 С в блоке 1 суммирования к текущему значению сигнала х(с) начинают прибавляться эа. держанные линией 3 его значения, Так что в произвольный момент времени С=7-1 д (где- может принимать значение от 1 до и, ас =С /и ) на выходе блока 1 сумми. рования, и тем самым на входе линии 3 задержки значение вспомогательного сигнала г(с) равно сумме г(с) = х(ьс) + хф+1 м), Таким образом, от момента времени с = С до момента времени с = 2 Слиния 3 задерж. ки будет заполняться суммами текущего значения сигнала х(с) с его предшествующим значением, отстоящим во времени на интервал Г.Очевидно, что в каждом новом цикле длительностью С количество слагаемых в мгновенном значении сигнала г(с), циркулирующего в линии 3 задержки, будет увеличи. ваться на единицу и в произвольный момент времени, например с = 1 ас + 1 сЬ (где к может принимать значения от к: 1 до Кй), сигнал г(с) будет равен сумме уЮ = 2 х(,-Ю) ЬОЭО А= Х(+.) КК, 1 йА+ИС) В=О М= Е Х(1 еА+С) :о 5Формирование вспомогателнюго сигнала осуществляют следующим образом,Линии 2 и 3 задержки обеспечивают задержку входного сигнала на интервал време. ни Г и Гсоответственио так, чтобы выполнялись условия Процесс увеличения с каждым новым циклом количества слагаемых в сигнале г(с) где х(с) - текущее значение сигнала х(с).На .м отводе линии 3 задержки в этот жемомент времени будет генерироваться сипил(с) в виде:КХ = Е ХН,-1 а 1-мСь)1 О На выходе -го блока 5 умножения в каждыймомент времени будут формироваться частныепроизведения Авида где у(с) - текущее значение сигнала у(с).В -м блоке 6 усреднения происходит суммирование этих частных произведений в виде35 Р= ЕАа на 1.м выходе коррелометрапоявляется сумма значений измеряемой функ.ции взаимной корреляции с аргументами,отличающимися на величину Г Таким образом, выходная информация в описываемом коррелометре представляет собойсумму М отрезков общей коррелограммы, каа дый нз которых имеет длину 2 которые просуммированы по принципу - начало и конец первого отрезка соответственно с началом и концом каждого из остальных отрезков.При задержке 9 между исследуемыми сигналами, равной, например,83=1 Ы 1 КС 3, где к - может принимать значения от О до й, а- от О до п, о наличии корреляции между исследуемыми сигналами можно судить по превышению результата Р, полученного на выходе .го блока 6 усреднения, над результатами Р( 1 + - ) лежащими за интервалом+ И2корреляции и полученными на выходах(- Й ).го или ( 1 4 - )-го блоков2. 2.усреднения.Чтобы получить отношение полезного сигна. ла к шуму на выходе коррелометра (или, другими словами, отношение максимума5 функции взаимной корреляции к ее значению эа пределами интервала корреляции) таким же, как и на выходе коррелометра, построенного по традиционным методам, время усреднения необходимо брать во столько раз большим, во сколько раэ оказывается свернутой общая коррелограмма, Это недостаток описываемого коррелометра, который ограничивает область его применения случаями, когда длина реализа. , ции исследуемых сигналов больше необходимого времени усреднения.Однако в этих случаях применение описываемого коррелометра позволяет резко уменьшить аппаратурные затраты. Для его реализации необходимо в й раз меньше блоков умножения и усреднения, Указанный выигрыш в оборудовании вполне оправдан дополнением схемы коррелометра узлами, оговоренными в отличительной части формулы изобретения, и некоторым увеличением разрядности блоков умножения и усреднения.Описанный коррелометр позволяет вести анализ поступающих реализаций в темпе реального времени, оператор при этом имеет возможность следить эа всей обстановкой, скла. дывающейся в процессе измерения, анализируя коррелограмму вполне приемлемой длины. 8Формула изобретенияКоррелометр, содержащий многоотводную линию задержки, каждый выход которой, кроме последнего, соединен с первым входом соответствующего блока умножения, вторые входы блоков умножения объединены и являются первым входом коррелометра, а выходы блоков умножения подключены ко входам соответствующих блоков усреднения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения коррелометра, в него введены дополнительная линия задержки, блок сложения и блок вычитания, входы которого подключены соответственно к выходам многоотвод. ной линии задержки и дополнительной линии задержки - выход блока вычитания подключен "к первому входу блока сложения, выход которого соединен со входом многоотводной линии задержки, второй вход блока сложения объединен со входом дополнительной линии задержки и является вторым входом коррелометра,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Грибанов Ю. И. и др. Автоматическиецифровые корреляторы, М., "Энергия", 1971,с. 148-149,2. Авторское свидетельство СССР по заявкеР 2485767/18-24, кл. 6 06 6 7/19, 19771(прототип),792265 веыод Составитель В. ЖовннскнйТехред М. Коштура Корректор О, Билак Редактор И, Грузова Тираж 751 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5