Цифровой знаковый коррелометр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Гфф К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 21.01.80 (21) 2911427/18-24 151 М. КП. 6 06 Г 15/336 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(54) ЦИФРОВОЙ ЗНАКОВЫИ КОРРЕЛОМЕТР Изобретение относится к областициФРовой, в частности, корреляционной обработки случайных процессовв.реальном масштабе времени и можетбытьприменено в различных цифровыхкомплексах,Известный знаковый коррелометр(,1)на базе промышленного анализатораАИ-4 содержит сдвиговый. регистр, триггеры,.схемы совпадений,регистры памяти, импульсно-потенциальные ключи, шифратор, адресныйрегистр и запоминающее устройство(зу) . Это устройство может определять большое число ординат корреляционной,функции, соответствующих различным задержкам ттроцесса, однако все ординаты относятся к автокорреляционной функции бдного процесса, поступающего йа вход коррелометра. Возникающая часто на практике задача вычисления нескольких автокорреляционных функций различных процессов и тем болЕе матрицы взаимнакорреляционных и автокорреляционных функций нескольких процессов не мо.жет быть решена с помощью известного коррелометра,что обусловливает ограниченность его функциональныхвозможностей,Кроме того, недостатком являетсяненормированность и нецентрированность оценки корреляционной функции,так как в нем предусмотрена лишь операция добавления "1" к информации,записанной ранее в соответствующемканале. При этом минимальное значение оценки корреляционной функцииравно нулю, а максимальное зависитот времени наблюдения процесса и равно числу накопившихся за это времяединиц. Ненормированность и нецент 15 рированность вычисляемой оценки иее зависимость от времени наблюдениятакже существенно ограничивают функциональные возможности устройстваи усложняют использование выходного2 О сигнала коррелометра для дальнейшейсигналов, блоки памяти знаков и т.д. Г 23,Недостаток этого коррелометра состоит в большой сложности, связанной с полиоразрядными арифметическими действиями, а также с тем, что 5 определяются только авто- ивзаимнокорреляционные функции (ВКФ).и от" сутствует возможность автоматически определять матрицу ВКФ. Другие недостатки-коррелометра аналогичны не достаткам вышеописанного.Цель изобретения - упрощение коррелометра и расширение его Функциональных воэможностей за счет вычисления матрицы корреляционных 35 функций Поставленная цель достигается тем, что в цифровой знаковый коррелометр, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом распределителя импульсов, два блока памяти, сумматор, дешифратор, регистр, нведены элемент И, наборное поле матрицы корре ляционных Функций, два триггера, накапливающий сумматор, два сдвигающих регистра, коммутатор, входы которого подключены соответственно к первым выходам сумматора и регистра, а выход соединен с первым входом первого сдвигающего регистра, второй вход которого соединен с вторым выходом сумматора, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго триггеров, к выходу 35 первого сдвигающего регистра и к пер" вому выходу второго сдвигающего регистра, входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам распределителя импульсов и 40 к выходу первого блока памяти, входы которого соединены соответственно с выходом первого сдвигающего регистра и с выходом накапливающего сумматора, вход которого подключен 45 к третьему выходу распределителя импульсов, второй вход .которого соединен с первым выходом дешифратора, вход которого является первым входом коррелометра, а выход подключен к первому входу элемента И, второй вход которого является вторым входом коррелометра, а выход соединен с входом второго блока памяти, выход которого подключен к входам наборного поля матрицы корреляционных Функций, выходы которого подключены к входу, регистра, второй выход которого соединен с входом первого триггера, вход второго триггера подключен к второму выходу второго сдвигающего 60 регистра.На чертеже показана структурная схема знакового коррелометра.В схеме последовательно соединены дешифратор 1 кода номера процесса, 65 элемент И 2 входного сигнала, блок 3памяти, наборное поле 4, матрицыкорреляционных функций и регистр5 очередности выдачи знаков. Столбцовый выход сдвигового регистра 5подключен к триггеру б знака, выходкоторого подключен к входу переносасумматора 7, строковый выход регистра 5 связан через коммутатор 8 споследовательным входом сдвиговогорегистра 9. Сдвиговый регистр 10,сумматор 7 соединены в кольцо сосдвиговым регистром 9 и блоком 11памяти,Выход младшего разряда сдвиговогорегистра 10 подключен к входу триггера 12 произвецений знаков, выходкоторого подключен к управляющемувходу сложения или вычитания сумматора 7. Входы адреса блока 11 памяти подключены к выходу накапливающего сумматора 13 адреса, который имеетвход модификации адреса блока памяти и вход модификации зоны блока памяти, подключенные к выходу распределителя 14 импульсов, два других выхода которого подключены соответственно к входам установки нуля старших разрядов и установки единицымладших разрядов сдвигового регистра 10, а вход подключен к генератору 15 импульсов,Принцип работы цифрового знакового коррелометра заключается в следующем.Входные знаковые сигналы черезэлемент И 2, стробируемые сигналомс дешифратора 1 кода номера процесса, записываются в блок 3 памяти.После того как в нем записаны всевходные знаковые сигналы процессов,подлежащих корреляционной обработке,на распределитель 14 импульсов спускового выхода дешифратора 1 номера процесса поступает сигнал, запускающий распределитель 14 состоящий из счетчика и дешифраторов, исинхронизируемый задающим генератором 15, который начнет Формироватьуправляющие сигналы на блоки коррелометра, при этом с блока 3 памятизнаковые сигналы через наборноеполе 4 поступают в регистр 5 очередности выдачи знаков. Наборное поле4 перемычек соединяет в определенном порядке элементы блока 3 памятис разрядами регистра 5 в зависимостиот требуемого вида вычисления матрицы корреляционных функций.Таким образом, знаки процессовбудут записаны в регистр 5 очередности выдачи знаков в строго определенной последовательности, зависящейот вида наборного поля 4. Столбцовый выход регистра 5 очередностивыдачи знаков подключен к триггеруб знака, в котором хранится знакобрабатываемого процесса в текущиймомент времени, а строковый выход регистра 5 через коммутатор 8 подключен к последовательному входу сдвигового регистра 9. Знаки процессов ("О" или "1") в текущем .и ряде предыдущих моментов квантования хранятся в отведенных для каждого процесса ячейках блока 11 памяти, ИНформация иэ ячейки блока 11,. отведенной для первого обрабатываемого процесса, выводится через сдвиговый регистр 10 и сумматор 7 в сдвиговый регистр 9, сдвигается на один разряд в сторону младших разрядов, причем в старший разряд сдвигового регистра 9 записывается текущее значение знака процесса со строкового выхода регистра 5 очередности выдачи знаков, после чего информация иэ регистра. 9 записывается в прежнюю ячейку блока 11 памяти.Далее информация выводится из следующей ячейки, отведенной для хранения значений знаков другого процесса, сдвигается на один разряд в сторону младших разрядов, причем в старший разряд сдвигового регистра 9 записывается текущее значение знака соответствующего процесса со строкового выхода регистра 5 очередности выдачи знаков, после чего информация вновь записывается в ту же ячейку блока 11 йамяти. Таким образом процесс продолжается до последней ячейки, отведенной для хранения значений знаков. Затем производится вычисление значений корреляционных Функций для различных значений аргумента (времени задержки), для чего из блока 11 выводятся знаки соответствующего процесса в сдвиговый регистр 9 и проводится сравнение каждого разряда этого регистра (соответствующего знаку процесса, задержанному на время Т = и д., где и - номер разряда, ЬГ " период квантования) с текущим значением знака процесса, записанным через. столбцовый выход регистра 5 в триггер 6 знака, выход которого подключен ко входу переноса в младший разряд сумматора 7. Сравнение производится в младшем разряде сумматора 7. Выход младшего разряда сумматора 7 подается через коммутатор 8 на последовательный вход сдвигового регистра 9 и производится сдвиг его содержимого в сторону младших разрядов. В результате повторения этой операции М раэ в этом регистре будет зафиксирован результат сравнения знаков процесса, .задержанных на время и ЬГ(1 -и сС), с текущим значением знака Процесса, где М - определяемое число значений корреляционной Функции. Информация иэ регистра 9 переписывается во вспомогательную .ячейку блока 11. Затем происходит усреднение полученныхрезультатов сравнения знаков по правилу экспоненциального усреднения 5 й;(идт) =2 В 4 д)+,(идЮ-я.(1)где Р,;(ииг;) - и-ое значение корреляционной функции в 1-ый тактдискретизации вычислений по формуле (1);В(и дс ) з 1 и и(г) заид ис(1++й А ) - результат сравнения знаков процессов, записанных в и-мразряде вспомогательной ячейкиблока 11 памяти;и 1 - номера процессов,2- коэффициент, определяющийпостоянную времени усредненияСледует отметить, что информацияв блоке 11 распределена по зонам,причем количество эон равно количеству элементов матрицы корреляционных функций, а в каждой зоне количество ячеек равно количеству значе-ний корреляционной функции, котороенеобходимо вычислить (М).Экспоненциальное усредйение поформуле (1) происходит следующимобразом.30 На вход модификации эоны накапливающего сумматора 13 адреса поступает сигнал, по которому в этом сумматоре устанавливается число, соответствующее адресу первой ячейки первой 35 зоны ЗУ 11.Информация иэ кажцой ячейки этойзоны поочередно обрабатывается всумматоре 7 следующим образом.Из и-й ячейки через сдвиговый рв" 4 р гистр 10 и сумматор 7 в сдвиговыйрегистр 9 переписывается со знакомзначение корреляционной функции, соответствующее задержке и ЬСвычисленное в предыдущем такте 4 дискретизации Й(пд;). Это значение в сдвиговом регистре 9 сдвигается на ц разрядов в сторону младших разрядов, что соответствуетполучению величины, равной последне-му слагаемому в выражении (1),Далее сдвиговый регистр 10 из блока 11 переписывается содержимое вспомогательной ячейки и сдвигается в сторону младших разрядов так, что значение младшего разряда сдвигового регистра 10 переписывается в триггер 12 произведения знаков, выход которого подключен ко входу сложение- вычитание сумматора 7. Затем старшие 40 ц+1 разрядов сдвигового регистра10 устанавливаются в "О", а остальные в 1", что равносильно записи в этот ,регистр положительного числа 2-Ф.В зависимости от того, записана в 65 триггере 12 "1" или "0", содержимое962975 Формула Изобретения 50 сдвигового регистра 10 прибавляетсяк значению -2 фЕл (и Щ или вычитается из этого значее 1 ия е имеющегосяв сдвиговом регистре 9, ВыполнениеусреДнения закае 1 чиваетс 11 прибавлеяиемк содержимому сдвигоного регистра 9числа ЙЛ (и ь г ), вновь переписанного из и-й ячейки первой эоны блока11. Суммарное значение Б.;(пдГ ), полученное в результате этих операций,и соответствующее одному значению 10корреляционной Функции, вновь записывается н ту же ячейку блока 11 памяти, Далее на вход модификации адреса накапливающего сумматора 12 подается сигнал, по которому адрес блока11 памяти увеличивается на единицу,и производятся те же операции, чтои с предыдущей ячейкой в результатекоторых находится следующее значениекорреляционной Функции. 20Аналогичным образом вычисляютсяусредненные значения.и других,значений корреляционной функции, занимающих данную зону блока 11, а такжедругих автокорреляционных и взаимнокорреляционных функций матрицы, занимающих соответствующие зоны блока 11.Предложенное техническое решениеособенно эффективно при использовании в сложных комплексах цифровойобработки случайных процессон, таккак оно обеспечивает вычисление матрицы корреляционных функций, их центрирование и нормирование,Указанные характеристики позволяют существенно, расширить функциональ- Зные возможности цифровых комплексовобработки случайных процессов, повысить их точность и упростить методыи аппаратуру послекорреляционной обработки, 40 Цифровой знаковый коррелометр, содержащий генератор импульсов, ныход которого соединен с первым входом распределителя импульсов, два блока памяти, суематор, дешифратор, регистр, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения коррелометра и расширение функциональныхвозможностей за счет вычисления матрицы корреляционных функций, в коррелометр введены элемент И, наборноеполе матрицы корреляционных функций,два триггера, накапливающий сумматор,два сдвигающих регистра, коммутатор,входы которого подключены соответственно к первым выходам сумматора ирегистра, а выход соединен с первымвходом первого сдвигающего регистра,второй нход которого соединен с вторым выходом сумматора, входы которого подключены соответственно кныходам первого и второго триггеров,к выходу первого сднигающего регист-,раи к первому выходу второго сдвигающего регистра, входы которого подключены соответственно к первому ивторому выходам распределителя импульсов и к выходу первого блока памяти, входы которого соединены с выходом первого сдвигающего регистраи с выходом накапливающего сумматора,вход которого подключен к третьемуныходу распределителя импульсов,второй вход которого соединен с перным выходом дешифратора, вход которого является первым входом коррелометра, а выход подключен к первомувходу элемЕнта И, второй вход которого является вторым входом коррелометра, а выход соединен с входом второго блока .памяти, выход которого подключен к входам наборного поля матрицы корреляционных Функций, выходыкоторого подключены к входу. регистра, второй выход которого соединенс входом первого триггера, вход второго триггера подключен к второмувыходу второго сдвигающего регистра,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1; Курочкин С.С. Многоканальные счетные системы и коррелометры. М., "Энергия", 1972, с. 2 бЗ.2. Грибанов Ю,И, и др. Автоматические цифровые корреляторы. М., "Энергия", 1971, с. 175-181 (прототий) .962975 Оставитель В,Жовинскнйекред А. Бабинец Корректо аказ 71НИИПИ Госудпо.делаМ и5, Москва,130 тентф, г. Ужгород, ул. Проектн Филиал ППП Редактор Т.Портная Тираж 7 рственног обретений-ЗЬ, Раушс 1 Подписикомитета СССРн открытийкая наб., д. 4/5