Устройство для определения модуля междупериодного коэффициента корреляции

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 С 7/5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.84. Бюл. 9 12Баранов и А.С. Мкий ордена Трудони политехническ(088.8)ндал М., Стыводы и свя ново Красинститут юарт А. Ст зи. М., "Н тисука видетельство СС1 Я 7/30,нон,1 30. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ МЕЖДУПЕРИОДНОГО КОЭФФИЦИЕНТА КОРРЕЛЯЦИИ, содержащее линию задержки, сумматор, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, а также два квадратурных канала, каждый из которых содержит квадратор, фазовращатель, первый блок вычитания, выход которого через квадратичный детектор соединен с входом накопителя, причем входы фазовращателей обоих квадратурных каналов объединены и соединены с входом линии задержки, выход которой. соединен с первыми входами первых блоков вычитания, вто рыевходы которых подключены к выходам фазовращателей своих квадратурных каналов, выходы квадраторов обоих квадратурных каналов соединены с соответствующими входами сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, в него введены полосовой ограничитель, источник постоянного напряжения, а в каждый квадратурный канал - аттенюатор и последовательно соединенные второй блок вычитания и функциональный преобразователь, выход которого соединен с входом квадратора, причем вход линии задержки объединен с. входом фазовращателей и подключен к выходу полосового ограничителя, вход котоЬрого является входом устройства, выход накопителя каждого квадратур- ного канала через аттенюатор соединен с первым входом второго блока вычитания своего квадратурного канала, вторые входы вторых блоков вычитания обоих квадратурных каналов объединены и подключены к выходу источника постоянного напряжения.10 30 55 Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов, и может бытьиспользовано, например, в радиолокации.Известен измеритель междупериоцного коэффициента корреляции пассивных помех, реализующий максимальноправдоподобную оценку для нормальныхслучайных процессов и содержащий линию задержки на период повторениязондирующих импульсов, фазовращатель для реализации комплексно-сопряженных величин, радиочастотные перемножители и фильтры, выделяющие спектроколоразностной частоты, формирующие значения х , у и х,уф(где х,у - выборочные значения помехи в первом и втором периодах зондирования, х;, у;- комплексно-сопряженные величины), квадратичные детекторы для реализации величии ;хиу,; накопители, видеочастотные умножители, схему деления и схему извлечения квадратного корня 1 и 12 Д,Преим:ществом данного устройства является низкая потенциальная ошибка измерения, Однако на практике часто используются широкополосные сигналы. Кроме того, динамический диапазонвходного процесса в ряде случаев бывает достаточно большим (б 0 Б и более), что затрудняет техническую реализацию схем перемножения и деления,а также блоков нелинейного преобраэованияьАппаратурная ошибка измерений при этом может оказаться достаточно высокой. Таким образом, преимущество указанного устройства может быть в значительной степени ослаблено. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения модуля междупериодного коэффициента корреляции, содержащее две радиочастотные схемы череспериодной компенсации (ЧПК) с общей линией задержки, включающие каждая фазовращатель и схему вычитания, два измерителя мощности нескомпенсированных остатков на выходах ЧПК, а также измеритель мощности помехи на входе линии задержки, состоящий из последовательно включенных квадратичного детектора и накопителя, первый сумматор 20 25 35 40 45 50 и третью схему вычитания, подключен ные параллельно к выходам измерителей мощности нескомпенсированных остатков, второй сумматор, связанный своими входами через квадраторы с выходами третьей и четвертой схем вычитания, а выходом через схему извлечения квадратного корня с входом схемы деления. Первый вход четвертой схемы вычитания связан с выходом первого сумматора. Второй вход четвертой схемы вычитания через усилитель с коэффициентом усиления К=4, а также второй вход схемы деления через усилитель с коэффициентом усиления К=2 связаны с выходом измерителя мощности помехи на входе линии задержки 3.Недостатком известного устройства является сложность технической реалиэацйи, связанная с наличием схемы деления, квадратичных детекторов, квадраторов и схемы извлечения квадратного корня, реализация которых затруднительна при широком динамическом диапазоне входного процесса.Цель изобретения - упрощение устройства, позволяющее производить эффективное измерение коэффициента корреляции при широком динамическом диапазоне входного процесса.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения модуля междупериодного коэффициента корреляции, содержащее линию задержки, сумматор, выход которого соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства, а также два квадратурньх канала, каждый из которых содержит квадратор, фазовращатель, первый блок вычитания, выход которого через квадратичный детектор соединен с входом накопителя, причем входы фазовращателя обоих квадратурных каналов объединены и соединены с входом линии задержки, выход которой соединен с первыми входами первых блоков вычитания, вторые входы которых подключены к выходам фазовращателей своих квадратурных каналов выходы квадраторов обоих квадратурных каналовсоединены с соответствующими входами сумматора, введены полосовой ограничитель, источник постоянного напряжения, а в каждый квадратурный канал - аттенюатор и последовательно соединенные второй блок вычита083205 4несущей частоты. Таким образом, выходной процесс имеет единичную мощность. Информация о коэффициентекорреляции сохраняется в разностифаз радиочастотных колебаний. Далее процесс через фазовращатели 3 илинию 2 задержки поступает на соответствующие входы первых блоков 4вычитания квадратурных каналов, при 10 чем фазовращатели дают повороты фазсоответственно Ч) = 0 и С =. За 1 2 2тем с помощью последовательно включенных квадратичного детектора 5,накопителя 6 и аттенюатора 7 изме 15 ряются мощности остатков вычитанияв каждом канале, При этом коэффициент передачи аттенюатора равен1/2 п, где п - количество элементоввыборки, суммируемых в накопителе.Сигналы на выходах аттенюаторов 7первого и второго квадратурныхканалов соответственно могут бытьлегко представлены в видеБ = 1 -- : сов) .- );и 1 Х 1 Ч 1 ф- -Ч )11 1 На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 амплитудная характеристика функционального преобразователя. 20Устройство (фиг. 1) содержит полосовой ограничитель 1, вход которого является входом устройства, а выход соединен с входами линии 2 задержки и фазовращателей 3 квадра турных каналов. Каждый квадратурный канал содержит последовательно сое- диненные первый блок 4 вычитания, квадратичный детектор 5, накопитель 6, аттенюатор 7, а также последовательно соединенные второй блок 8 вычитания, функциональный преобразователь 9 и квадратор 10. Выходы квадраторов 10 соединены с соответствующими входами сумматора 11, вы 35 ход которого соединен с входом бло- ка 12 извлечения квадратного корня, выход которого является выходом устройства. Первые входы первых блоков 4 вычитания объединены и подклю 40 чены к выходу линии 2 задержки, а второй вход каждого первого блока 4 вычитания подключен к выходу фазовращателя 3 своего квадратурного канала. Первый вход второго блока45 8 вычитания каждого квадратурного канала подключен к выходу аттенюатора 7 своего канала, а вторые входы вторых блоков 8 вычитания обоих каналов объединены и подключены к50 источнику 13 постоянного напряжения.(2) Легко видеть, что слагаемые, входящие в суммы (2), имеют распределение косинуса разности фаз. Тогда среднеел л55значение оценок К и К определяет 5 сся выражением Э 1 ния и функциональный преобразователь, выход которого соединен с входом квадратора, причем вход линии задержки объединен с входами фазовращателей и подключен к выходу полосового ограничителя, вход которого является входом устройства, выход накопителя каждого квадратур- ного канала через аттенюатор соединен с первым входом второго блока вычитания своего квадратурного канала, вторые входы вторых блоков вычитания обоих квадратурных каналов объединены и подключены к выхо - ду источника постоянного напряжения,Устройство работает следующим образом.Входной радиочастотный процесспоступает на полосовой ограничитель 1, в котором осуществляется жесткое ограничение амплитуды с последующим выделением спектра окологде ч). и- соответственно фазыэлементов входной выборки в первом и во втором периодах следования. Сигналы 8 и Я, поступают на первыевходы (например отрицательные) вторых блоков 8 вычитания, на другие(положительные) входы которых подается опорное единичное напряжение отисточника 13 постоянного напряжения,На выходах блоков 8 соответственно фпервого и второго квадратурных каналов формируются оценки ортогональных составляющих комплексного коэффициента корреляции Л 1 )1К = - ", соя(С.-фЧ );1 т 1л 1К - ) здп(с, - с 1) )п10832 30 где К=1 Ксов ( для КСи К: К з 1 пц для Ъ, 1 К 1 и Ч истинные значения модуля и фазы комплексного коэффициента корреляции;Г - гамма-функция,5Расчеты, проведенные по формуле (3), показывают, что оценки ортогональных составляющих коэффициента корреляции являются смещенными. Для того, чтобы скомпенсировать смещение оценок, сигналы с выходов блоков 8 вычитания поступают на функциональные преобразователи 9, амплитулная характеристика которых представлена на Фиг. 2. Как видим, функциональный 15 преобразователь при входных напряжениях 00,5 имеет постоянный коэффициент передачи, равный 1,2, а при напряжении 0,5 1 этот коэффициент плавно снижается до 1. Техни ческая реализация такой нелинейности не вызывает затруднений. На выходах функциональных преобразователей 9 квадратурньк каналов формируются несмещенные оценки ортогональных 25 составляющих комплексного коэффициента корреляции. Далее сигналы поступают на квадраторы 10, затем суммируются в сумматоре 11, а результат суммирования поступает на блок 12 извлечения квадратного корня, на выходе которого формируется оценка модуля междупериодного коэффициента корреляции, причем единичное напряжение соответствует коэффициенту корреляции равному единице.Предлагаемое устройство выгодно отличается от известного, когда на их входы поступают процессы с большим динамическим диапазоном. Основной 0 05причиной упрощения техническойреализации предлагаемого устройстваявляется использование его на входеполосового ограничения, Благодаряэтому обеспечивается нормировкасигналов, подводимых к квадратичнымдетекторам 5, функциональным преобразователям 9, квадраторам 10, блоку12 извлечения квадратного корня и,следовательно, существенно упрощаетсятехническая реализация нелинейностиуказанных блоков.С целью проверки эффективностипредлагаемого устройства проведеноего статистическое моделирование наЗЦВМ. Полученные результаты показывают, что среднеквадратические отклонения оценок коэффициента корреляциив пределах К = 00,9 для предлагаемого и известного устройств практически совпадают. Однако при коэффициенте корреляции К ) 0,9 эффективность предлагаемого устройства несколько снижается, Так, например,при К = 0,95 проигрыш в среднеквадратическом отклонении составляетоколо двух раз. Между тем абсолютная величина среднеквадратическогоотклонения при таком коэффициентеи при п10 составляет величину порядка 17. Техническая реализацияизвестного устройства в данном случае при динамическом диапазоне входного процесса более 60 дБ весьмазатруднительна,Таким образом, использованиеизобретения обеспечивает упрощениетехнической реализации предлагаемогоустройства без существенного снижения его эффективности.