Цифровой коррелометр

О и И С-"ЛМ-: Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) ПриоритетОпубликовано 30,1 1,80, Бюллетень Ко 44Дата опубликования описания 30,11,80 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Б. С, Демченко и В. Н. Андреев Краснодарский ордена Трудового Красного Знамени завод электроизмерительных приборов 1 ЗИП(54) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР 1Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для одновременного определения в реальном масштабе времени обеих ветвей корреляционной функции 5 высокочастотных случайных процессов аппаратурой ограниченного быстродействия и может использоваться в системах автоматического управления технологического контроля, диагности ки, обработки информации и т.д.Известны коррелометры для одновременного вычисления обеих ветвей корреляционной функции (КФ) стационарных случайных процессов 111 . 5 Этот коррелометр содержит две цепочки, состоящие из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и регистра сомножителя, , 20 выходы регистров через блок умножения подключены к сумматору произведения, соединенному с входом и выхо" дом запоминающего устройства, причем в каждую цепочку дополнительно введен 25 регистр сомножителя, вход которого соединен с выходом соответствующего аналого-цифрового Преобразователя, а выход подключен к соответствующему входу блока умножения. Коррелометр дает возможность вычислять в реальном масштабе времени по одной реализации ординаты обеих ветвей Кф, однако он не позволяет обрабатывать входные сигналы с частотой больше, чем т = 1/Ьь = 1/ТО, что существенно ограничивает частотные свойства коррелометра и снижает эффективность работы.Наиболее близким техническим решением является коррелометр, содержащий квантователи сигналов (эквивалентные аналого-циФровым преобразователям), расширители импульсов (эквивалентные промежуточньм регистрам), блок умножения, блок суммирования и накопления, блок памяти, счетчик и генератор тактовых импуль" сов (2 .Такой коррелометр имеет недостаточный диапазон частот при использовании цифровых элементов.Цель изобретения - повышение частотного диапазона входных сигналов при сохранении ограничений на быстродействие элементной базы.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой корреклометр, содержащий первый и второй аналого-цифро вые преобразователи, информационныевходы которых являются соответственнопервым и вторым входами коррелометра,а выходы через первый и второй регистры сомножителя соответственноподключены к первому и второму входам блока умножения, выход которогоСоединен с первым входом сумматорапроизведения, второй вход которогоподключен к выходу блока памяти, входкоторого йодключен к выходу сумматора проиэвед ний, генератораимпульсов, выход которого соеОдинен с входом счетчика, введеныТретий и четвертый аналого-цифровые преобразователи , тРетий ичетвертый регистры сомножителя, дваЭлемента И, два триггера, блок сравкения коцов и блок задания кодов,выход которого подключен к первомувходу блока сравнения кодов, второйвход которого соединен с выходомгруппы старших разрядов счетчика, 2 Опервые вхоцьь элементов И подключенысоответственно к выходу генератораимпульсов и к выходу переполнениягруппы младших разрядов счетчика,вторые входы элементов И соединеныс выходами соответствующих триггеров, первые входы. которых объединены и подключены к входу установкинуля коррелометра, выход первого элемента И соединен с управляющими входами первого и второго аналого-циф- ЗОровых преобразователей и с вторымвходом первого триггера, второй входвторого триггера подключен к выходупереполнения группы средних разрядов счетчика, выход второго элемента 35И соединен с управляющими входамитретьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых подключены соответственно к первому и второму входамкоррелометра, а выходы - через третий и четвертый регистры сомножителя соединены соответвтенно с третьим и четвертым входами блока Уможения.,На фиг. 1 изображена Функцио- ф 5нальная схема предлагаемого коррелометра.Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1, 2, О регистры сомножителей 3, 4, 5, б, блок 7 умножения, сумматор 8 произведений, блок 9 памяти, первый и второй элементы И 10, 11, первый и второй триггеры 12, 13 запуска аналогоцифровых преобразователей, счетчик 14 запуска АЦП, состоящий иэ трех Групп разрядов 15, 16, 17, блок 18 сравнения кодов, блок 19 задания кодов, аналого-циФровые преобразователи 20,21. Цепь переполнения первой 4 О группы разрядов счетчика 14 представляет собой соединение между выходом первой группы разрядов 15 и входом второй группы разрядов 16 счетчика, а цепь переполнения второй .группы 65 разрядов представляет соединение между выходом второй группы разрядов 16и вхоцом третьей группы разрядов 17,Первая цепочка, состоящая из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя 1 и регистрасомножителя 3, вторая цепочка изАЦПи регистра сомножителя б, первая дополнительная цепочка АЦП 20 ирегистра сомножителя 4, вторая дополнительная цепочка иэ АЦП 21 к регистра сомножителя 5 через выходы регистров сомножителя 5 через выхоцырегистров сомножителей 3-6 соединеныс входами блока 7 умножения, выходкоторого соединен с входом сумматора8 произведений, соединенного с входами и выхоцайи запоминающего устройства 9. Устройство содержит .генератор импульсов 2,Выход первого элемекта И 10 соединен с одним иэ установочных входовпервого триггера 12 разрешения запуска АЦП и с управляющими входамиАЦП 1 и 2.Первые входы первого 10 и второго11 элемента И соединены соответственно с выходами первого 12 и второго13 триггеров разрешения запуска АЦП.Выход второго элемента И 11 соединенс управляющими входами дополнительныхАЦП 20 и 21 первой и второй цепочек,Второй вход второго элемента И соединен с цепью переполения первой группы разрядов 15 счетчика 14, цепьпереполнения второй группы разрядов16 связан с одним из установочныхвходов второго триггера 13 разрешенийзапуска АЦП, другие входы триггеров12, 13 соединекы вместе. Второй входпервого элемента И 10 и счетный входсчетчика запуска АЦП соединены вместеи подключены к выходу генератора 22.Счетчик запуска АЦП состоит иэ последовательно соедикенкых трех групп разрядов 15, 16, 17. Установочный входпервой группы разрядов 15 счетчика14 соединен с выходом блока 18 сравнения кодов, один вход которого соединен с выходом блока 19 задания кодов(отношения), а другой вход соединенс выходом третьей группы разрядов 17счетчика 14,Первая группа разрядов 15 производит пересчет тактовых сигналов на величину, определяемую отношением времени Т обработки сомножителей кОшагу задержки выбора АЦП Я , Вторая группа ра.эрядов 16 осуществляет перел счет тактовых импульсов на с,ГЛ = Ет 1, где И в . число вычисляемьх ординат КФ, гйф - число вычисляет ьтх ординат в частном цикле. Третья группа разрядов 17 производит пересчет тактовы импульсов на ФГф . Перенос сигнала иэ второй группы разрядов 16 счетчика в третью означает конец частного цикла, по которому сбрасывается в "0" второй триггер 13 раэре 783797щения запуска АЦП, группы разрядов 15, 1 б счетчика 14, и информация из третьей группы разрядов 17 через блок 18 сравнения кодов (занесения)и установочные входы первой группы разрядов. 15 заносится в обратном коде в первую группу разрядов 15 счетчика 14. При совпадении кода на третьей группе разрядов 17 и набранного на блоке 19 задания кодов (отношения), блоком 18 вырабатывается команда окончания одного полного цикла вычис-. о лений, по которой сбрасывает в "0" счетчика 14.Блок 18 сравнения кодов (занесения) представляет собой набор инверторов и схем сравнения. При несрав нении кодов, поступающих на вход от третьей группы разрядов 17 счетчика и от блока 19 задания кодов (отноше" ний), коды от третьей группы разрядов 17 счетчика инвертируются и вы О даются на выход схемы занесения, При сравнении кодов выдается сигнал сравнения и запрет выдачи инверсных кодов.Выбор АЦП производится по командам, поступающим от выходов элементов И 10, 11. Разрешающие потенциалы прохождения сигналов выбора АЦП на элементы И 10, 11 поступают от первого 12 и второго 13 триггеров разрешения запуска АЦП. На второй вход первого ЗО элемента И 10 и на счетный вход первой группы разрядов 15 счетчика 14 подаются тактовые сигналы с периодом Ь 1 . На второй вход второго элемента И 11 поступают тактовые сигналы с пересчетом на С, т.е. через каждые с тактов на выходе будут появляться сигналы Л. Начало выбора АЦП определяется командой у "0", которая поступает на установочные 40 входы первого 12 и второго 13 триггеров разрешения запуска АЦП.Работа коррелометра состоит из квантования входных случайных сигналов во времени, по амплитуде, записи полученных дискретных отсчетов вход- ных сигналов на регистры сомножителей и вычислений ординат КФ. В зависимости от времени Тц , необходимого для вычисления по одной ординаре пря- о мой и обратной ветви КФ и частотных свойств входных случайных сигналов.(ЬфГ) выбирается параметр, Я =1 о/М, величинаустанавливается на блоке 19 задания кодов (отношения).Процесс получения дискретных отсчетов входнйх сигналови вычисления ординат, КФ состоит из й циклов. Работа коррелометра будет рассмотрена для 1 -го полного цикла получения . дискретных отсчетов входных сигналов 6 О и ординат КФ, Каждый полный цикл состоит из ( частных циклов. В пределах частотного цикла произносится однЪ выборка АЦП 1, 2 и в выборок АЦП 20, 21. б 5 На последнем такте ) -1 цикласчетчик 14 сбрасывается в"0". Нулевой код с третьей группы разрядов 17счетчика 14 через блок 18 сравнениякодов (занесения) в обратном коде заносится в первую группу разрядов 15счетчика. На этом 1 - 1 цикл заканчивается,На 1 -том цикле на установочныевходы первого и второго триггеров 12и 13 разрешения запуска АЦП, поступает сигнал у "0" установки триггеров12, 13 в исходное состояние.Разрешающие потенциалы с выходовтриггеров 12, 13 поступают на первый10 и второй 11 элементы И. На второйвход первого элемента И и на счетныйвход счетчика 14 подаются тактовыеимпульсы с периодом Ф . Первый тактовый импульс через первый элементИ 10 и через цепь сквозного переносаи второй элемент И 11 производит запуск АЦП 1, 2 и 20, 21, По заднемуфронту первого тактового импульсатриггер 12 перебрасывается и запрещает прохождение тактовых импульсовна запуск АЦП 1 и 2.Через с тактовых имлульсов АЦП20 и 21 запускаются повторно (всегараз). После 1 п тактовых импульсовс выхода второй группы разрядов 16счетчика 14 вырабатывается импульс,который перебрасывает второй триггер 13 разрешения запуска АЦП и запрещает запуск АПП,20 и 21, сбрасывается первая и вторая группы разрядов счетчика и добавляется импульсв третью группу разрядов счетчика.Содержимое третьей группы разрядовсчетчика через блок 18 сравнения кодов (занесения) сомножителей 3, 5 иустановочные входы заносятся в обратном коде в первую группу разрядов,На этом оканчивается первый частныйцикл.Аналогично выполняется второй частный цикл, но в этом случае запускающие импульсы АЦП 20 и 21 по отношению к запускающим импульсам АЦП 1 и2 поступают со сдвигом на Ь на третьем частном цикле - на 2 Ж, на фчастном цикле (-1)Ю. После выполнения ( -го частного цикла в третьейгруппе разрядов счетчика будет зарегистрировано ф импульсов. В этом случае на блоке 18 сравнения (занесения) кодов происходит сравнение,: кодов, поступающих от тРетьей группы разрядов и кодов от блока 19 задания кодов и вырабатывается команда окончания цикла, Все группы счетчика сбрасываются в "О". Нулевой код третьей группы разрядов через схему занесения и установочные входы заносятся в обратном коде в первую группу разрядов счетчика. На этом полный цикл получения дискретных отсчетов оканчивается.На фиг. 2 изображена и последовательность выборОк гсЦ 11 для М:у"с 1 сз(Мс 11Параллельно получЕнию дискретных отсчетов производится вычисление оценок ординат прямой и обратной вет- ВИ КФ, Ординаты КФ х.)1(1 с,+С 115вычисляотся,цо к, = О, 1 с 1. -1, К) = О, 1, ,1 -1; с Т /асс; г)=сгугп.Рассмотрим вычисление по одной Ординате прямой и обратной ветви КФ длячастного цикла 5 ординаты.ДЛя ВЫЧИСЛЕНИЯ 1 Х 1.(.1+3.3113 К вхоцным цепям блока умножения Подклочаются выходы регистров сомножитселей Рх, Ру, 3, 5На выходе блока умножения получаем произведениеП су)лматоре 6 из блока 9 памяти считается час:тичная сумма произведений- 1 1 пклов,1 С ) с)(с С 1 у (.с % с ).1=Г- "с г "613 сумматоре 8 производится сумМИРОВПНИЕ ПОЛУ ЕННОГО ПРОИЗВЕДЕНИЯ ВУ-ТОМ ЦИКЛС С ЧаСТИ 1 НОЙ СсУММОЙ ПРОизнедения полученпх в Я - 1 циклах.Н результате получаем(. (" С 1 ) ь :)с,-Далее к гсыходным цепям блока 7 УМНСжеИЯ ПОД)С)1 ОсаЮТСЯ ВХОДЫ РЕГ ИСтРОН с)ОМПОжитЕЛЕЙ 4, С), Р,иаЛОГИЧНО пОлус).е:1 Осс 1 су 01)1111 аты ВТОРОЙ ветви Кф."с) сисс,Га.1 ас:1 л с)1) зз Оу у;1 а 1 1 ик ПОГ )3:-:ч ислс 1 сз)с 1 О) у с, ссм 11и абОр 01)дс 1)д т Кс 1) ср.,:сс; с:сс)1)с) тной нетзи7,), ссс- Ч с с "Чсл с, 1 С) -К=- О, 111)Обработк Выс-,ококачествепных сиг- ф НаЛОН дЛя 1;,у МС)с ПрОИЗНОдитоя аНалогично при испо)ьзопании параллельно-последовательОго метода вычислений. При этом н течение частного цикла работь производится вычисление 50 Одиой О 1 ЭЗИнаТЫ (т,1 Я ЬЪТр с уГуОСОп 13 Ои.звози то.1 Вычислс=нис Пз О 1 эсиат)О 1)11 с. ) ,1со)1)с.логлетр 11 ПЙ)ет шипо кое и 1)1).: с)ние в науке, тсзхсксз; на" чай Ых прсцессов н нирс)согл диапазоне частот, с 1 с сОт ный,циап,3 О Обг)абатыНас:мых сп налов н предлагаемом коррс.зс)мс т" рс)с .1 д В 11 с)1От време 1 и Об- работки сомпожитс;лай (ТО) и определя- Я ется величиной У =- 1/Ьс", где ЬТ может быть Взята но много раз меньше ТО ( 51, .СРс,) . 11 аименьшая неличина ьТ, которую можно установить при определении КФ, Опрс.деляется погрешностью фиксации входного сигнала аналогоцифровым преобразователегл,Для обычных коррелометрон минимальная величина, которую можно получить, учитывая погрешность фиксации ЛЛП в пределах 0,1-0,5 с 11 о, Т -составляет 10-30 мкс.Орие тироночное увеличение частоты обрабатываемого процесса н 20 раз по сравнению с прототипом расширяет область применения коррелометра, увеличивает эффективность работы коррелометра,Формула изобретенияЦифровой коррелометр, содержащий перный и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные входы которьх являются соответственно первым и вторым входами коррелометра, а выходы через первый и второй регистры сомножителя соответственно подключены к первому и второму Входам блока умножения, выход которого соед 111 ег с перньм входом сумматора произведений, второй вход которого подключен к выхоцу блока памяти, вход к От 013 ОГО пОд 1 сл 1 очен к выхОду сумматора произведений, генератор импульсов, выход которого соединен с входом счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона нходньх сигналов, н коррелометр введены третий и четверщай аналогоцифровые преобразователи, третий и четвертый регистры сомножителя, два элемента И, дна триггера, блок срав;ения кодов и блок задания кодов,выход которого подкз 1 очен к первому входу блока сравнения кодов, второй вход 1 соторого соединен с выходом Группы старших разрядов счетчика, первые входи элементов И подключены соответственно к выходу генератора импульсов и к выходу переполнения группы глладших разрядов счетчика, вторые Входы элементов И соединены с выходами соотнетствующих триггеров, перные входы которых объединены и подсл 1 очены к входу установки нуля коррелометра, выход первого элемента И соедине 1 с управляющими входами первого и второго аналого-циФроных гт 1 оеобразонатеей и с вторым нхо- ДОМ сЕРВОГО тРИГГЕРа., ВтОРОй ВХОД второго триггера подключен к выходу ПЕРЕПОЛНЕНИЯ ГРУПГЫ СРЕДНИХ РаЗРЯДОН счетчика, ныход второго элемента И соединен с управляощими )зходами третьего и четвертого аналого-цифров:х преобразователей, информационные Входы которых подключены соответственно .к первому и второму входам 1 оррелоглетра, а выходы через третий и четвертый регистры сомножителя со783797 1 О единены соответственно с третьим и четвертым входами блока умножения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 415663, кл. С 06 Г 15/34, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 498626, кл. 6 06 С 7/19, 1974з 8550/52ВН 3035 тная, 4 Патент"; г. Ужг илиал П Тираж 751 ПИ Государственног о делам изобретени Москва, Ж, Рауш Подписнокомитета СССРи открытийкая наб д. 4/5