Многоканальный релейный корреля-top частотно-модулированных импульс-ных сигналов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСИУСфез Сфветскик Социалистических Республим(23) Прифритет -Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(72) Автор изобретения Громоглас и) " с нстнтутинженеров, храждансхонин ского енола-.-:. Рижский Краснознаменн авиации имте 4) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕЛЕЙНЫЙ КОРРЕЛЯТОР ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике иможет быть использовано для определения релейных взаимно- и автокорреляционных функций случайных процес"5сов, представленных частотно-модулированными сигналами.Известно устройство для вычисления релейных корреляционных функцийслучайных процессов, представленныхчастотно-модулированными сигналаьм,содержащее счетчик малой емкости ейскгенератор импульсов, сдвиговый регистр, реверсивные счетчики 1Этоустройство не позволяет получить пер фвую точку корреляционной функции,так как информация о знаке и величине частотного сигнала поступает навход первого реверсивного счетчикасосдвигом на шаг задержки.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелятор, имеющий счетчики с входными логическими элементами И, генера тор импульсов, регистр сдвига, интегрирующие счетчики 2).В этом корреляторе оценка релейной корреляционной функции вычисляется по числу импульсов частотно-моду лнрованного сигнала, на временном .интервале величина которого равна интервалу дискретности аргумента функции корреляции, по знаку числа импульсов на равновеликом с первым вре"менным интервалом.Эта оценка оказывается смещенной. Смещение можно представить как сумму двух составляющих.Первая определяется эффектом фильтрации и зависит от соотношения величин интервалов счета и интервала корреляции случайного процесса. Втораясоставляющая определяется эффектомквантования при счете импульсов изависит от соотношения величин интервалов счета и минимального периодачастотно-модулированного сигнала.При фиксированных параметрах частотного модулятора .и случайного процесса на его входеуменьшение величиныинтервалов счета приводит к уменьшению первой составляющей смещения и кувеличению второй. Это обстоятельствоограничивает быстродействие коррелятора, поскольку повышения его быстродействия можно достичь уменьшениемвеличины интервалов счета, поэтомупрепятствует росту второй составляющей смещения. Кроме того, известныерелейные корреляторы приспособлены кобработке лишь однополярных частотно- модулированных сигналов.Цель изобретения - повышение быстродействия релейного коррелятора, вычисляющего релейные корреляционные функции случайных процессов по двух- полярным частотно-модулированньм сигналам.Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный релейный коррелятор частотно-модулированных импульсных сигналов, содержащий два блока задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых являются перным входом коррелятора, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выход которого соединен со входом триггера, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, выходы каждой ячейки которого соединены соответственно с первыми входами перво. го и второго, третьего и четвертого ключей каждого канала, выходы первого и третьего ключей в каждом канале соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом накапливающего реверсивного счетчикасвоего канала, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходами второго и четвертого ключей своего канала, вторые входы первого и четвертого ключей каждого канала соединены с выходом первого блока задержки, выход второго блока задержки подключен ко вторым входам второго и тре тьего ключей всех каналов, входы первого и второго блоков задержки соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя, первый и нторои входы которого являются вторым входом коррелятора, третий и четвертый входы переключателя объединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно и являются первым входом коррелятора, установочные входы реверсивного счетчика, триггера и управляющие входы регистра сдвига соединены с выходом генератора импульсов, введен ждущий мультивибратор, вход которого подключенк выходу генератора импульсов, а выход соединен со вторыми входами первого и второго элементов И.ФПовышение быстродействия в устройстве достигнуто благодаря использованию неодинаковых интервалов счета импульсов для определения знака и для получения второго сомножителя, а также благодаря использованию двух- полярных частотно-модулированных сиг налов.На фиг. 1 изображена блок-схема релейного коррелятора; на фиг. 2 оценка зкспоненциальной функции ан 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 токорреляции, вычисленная при одинаковых интервалах счета и результаты моделирования; .на фиг. 3 - то же, при неодинаковых интервалах счета и результаты моделирования.Релейный коррелятор содержит реверсивный счетчик 1 с триггером 2 знака и входными логическими элементами И 3, ячейки 4 регистра сдвига, логические элементы И 5, логические элементы И б, интегрирующие ренерсивные счетчики 7, днухлинейные блоки 8задержки, генератор 9 импульсов, ждущий мультинибратор 10, переключатель 11. На входы реверсивного счетчика 1через логические элементы И 3 подается двухполярный частотно-модулированный сигнал. Реверсивный счетчик 1.производит счет импульсов на интервале, величина которого определяетсядлительностью импульса ждущего мультивибратора 10, а в триггере знакарегистрируется знак полученного числа, Этот знак записывается в первуюячейку регистра 4 сдвига импульсомгенератора 9, после чего этим же им спульсом осуществляется сброс реверсивного счетчика 1 и триггера 2 знака. При вычислении антокорреляционной функции переключатель 11 устанавливается в верхнее положение и навход блока 8 задержки, обе линии которого имеют одинаковое время задержки, подается этот же днухполярный час+тотно-модулированный сигнал. При вычислении нзаимнокорреляционной функции переключатель 11 устанавливаетсяв нижнее положение и на вход блока 8задержки подается второй двухполярныйчастотно-модулированный сигнал. Блок8 задержки позволяет получить первуюточку корреляционной функции, таккак информация о знаке и величинечастотного сигнала поступает на входпервого реверсивного счетчика 7 беэсдвига. С помощью логических элементорИ 5 и ИЛИ б осуществляется перемножение знака числа импульсов, накопленных реверсинным счетчиком 1, на число импульсов в течение интервала за-держки равного периоду последовательности импульсов с выхода генератора9. При этом вычисление произведенияснодится к подключению выхода блока8 задержки к шине сложения или вычитания реверсивных счетчиков 7 с помощью логических элементов И 5 иИЛИ б н зависимости от знака, записанного в соответствующей ячейке 4сднигоного регистра, на время, равное периоду импульсной последовательности генератора 9. Импульсы, соответствующие положительному произведению,подаются на шину сложения интегрирующих ренерсинных счетчиков 7, а отрицательному произведению - на шинувычитания,Величина смещения оценки корреляционной функции, возникающая вследствие квантования, зависит от соотношения величин интервалов счета. Следуетотметить, что характер зависимостисмещения от интервала, задержки сохраняется и для процессов, имеющих отличное от нуля математическое ожидание,а также для процессов, имекщих законраспределения, отличный от нормального. Для уменьшения величины смещениязнак определяется по числу импульсовна меньшем интервале, использованиенеодинаковых интервалов счета позволяет получить почти несмещенные вследствие эффекта квантования значенияпервой ординаты функции корреляции 5даже при очень глубоком квантовании.Первая причина повышения быстродействия - уменьшение величины одного изинтервалов счета даже при сохранениивеличины второго интервала такой же, 20. как и в случае одинаковых интерваловсчета приводит к повышению быстродействия; вторая. - применение неодинаковых интервалов счета позволяет уменьшить длину наибольшего из них по срав.р 5нению со случаем одинаковых интервалов счета,Применение ждущего мультивибратора, включенного между выходом генератора импульсов и вторыми входамилогических элементов И реверсивногосчетчика, стало возможным благодарявыявленной зависимости величины смещения вследствие эффекта квантованияпри счете импульсов от соотношениямежду величинами интервалов счета.Использование двухполярных частотно-модулированных сигналов позволяетдостичь большего быстродействия посравнению со случаем использованияоднополярных частотно-модулированных сигналов. Это объясняется тем,что при одинаковых минимальных периодах указанных частотно-модулированных сигналов для получения одинакового смещения вследствие квантования для однополярных сигналов требуется выбирать более длинные интервалы счета, что приводит к увеличениюсмещения вследствие эффекта фильтрации.На фиг. 2 и фиг. 3 сплошной линией 6 представлены расчетные значенияоценки экспоненциальной функции автокорреляции (кривые б ) при единичнойдисперсии. При этом минимальный период частотно-модулированного сигнала, соответствующего трехсигнальномузначению входного сигнала, равен сАргументом является показатель экспоненты. Фиг. 2 соответствует случаювычисления оценки при одинаковых интервалах счета и отражает свойства 40известного коррелятора. Фиг. 3 соответствует случаю вычисления оценкипри неодинаковых интервалах счета:оп = 1 гиг = 3 оп Знак определяется по числу импульсов на. интервале фи.,Указанные интервалы счета позволяют получить для обоих случаев примерно одинаковые смещения оценок вследствие эффекта фильтрации. Как видно. из графиков, смещение оценки первой точки функции корреляции вследствие эффекта квантования при счете импульсов для случая неодинаковых интервалов счета значительно меньше, чем для случая одинаковых интервалов счета. Для получения равновеликого сме"./ щения оценки во втором, случае необходимо в несколько раэ увеличить интервалы счета, что приведет к сниже" нию быстродействия по сравнению со случаем неодинаковых интервалов счета, поскольку при увеличении интервалов счета смещение вследствие эффекта фильтрации возрастет в несколько раз.Точки на графиках представляют собой результаты моделирования указанных алгоритмов на ЦВМ, Оценки вычислялись по 2000 реализацийИз графиков на фиг. 2 и фиг. 3 (кривые сГ ) можно видеть, что оценка расположена ниже истинного значения функции корреляции, Степень отклонения учитывается коэффициентом пропорциональности, который зависит от закона распределения исследуемого сигнала и величины. относительного шага квантования при счете импульсов для определения знака. При значительном числе уровней квантования влиянием эффекта квантования на этот коэффициент можно пренебречь, а при глубоком квантовании его можно. рассчитать.Пунктиром на фиг. 2 и фиг. 3 оба-. значена оценка, экспоненциальной функции автокорреляции без учета смещения вследствие квантования по уровню.Применение разработанного описанного коррелятора в аппаратуре для статистических исследований при летних испытаниях, а также в информационно- измерительных системах с частотно- импульсным представлением информации позволит расширить частотный диапазон исследуеьых сигналов и повысить точность измерений. формула изобретенияМногоканальный релейный коррелятор частотно-модулированных импульсных сигналов, содержащий два блока зацержки, первый и второй элементы И, первые входы которых являются первым входом коррелятора, а выходы соединены соответственно с первым и вторьи входами реверсивного счетчика, выход которого соединен со входом триггера, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, выходы каждой ячей 832562ки которого соединены соответственнос первыми входами первого и второготретьего и четвертого ключей каждогоканала., выходы первого и третьегоключей в каждом канале соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом накапливающего реверсивного счетчика своего канала, второй вход которого подключен к выходу второго эдемента ИЛИ, рвходы которога соединены соответственно с выходами второго и четвертогоключей своего канала, вторые входыпервого и четвертого ключей каждогоканала соединены с выходом первогоблока задержки, выход второгоблока задержки подключен ко вторымвходам второго и третьего ключей всехканалов, входы первого и второго блоков задержки соединены соответственнос первым и вторым выходами переклю чателя, первый и второй входы которого являются. вторым входом коррелятора, третий и четвертый входы переключателя объединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно, установочные входы реверсивного счетчика, триггера и управлякщие входы ячеек регистра сдвигасоединены с выходом генератора импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введен ждущий мультивибратор, вход которого подключенк выходу генератора импульсов, а выход соединен со вторыми входами первого и второго элементов И.Источнийи информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 306479, кл . 6 06 Е 15/34, 1970.2. Авторское свидетельство СССРР 374610, кл. С 06 Г 15/36, 1971.