Устройство для вычисления корре-ляционных функций

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл,(22) Заявлено 23,1078 (21) 2677116/18-24с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 15,03,81. Бюллетень Й 9 10Дата опубликования описания 15.03,81 6 06 6 7/19 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий(72) Автор изобретения В,Г.Осипенко Таганрогский радиотехнический институт иЫ.В(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХФУНКЦИЙ Изобретение относится к специали" зированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в радиотехнике связи, радиоавтоматике, измерительной технике, радионавигации, радиолокации, радиоуправлении, авторегулировании, радиоразведке, диагностической аппаратуре, автоконтроле и других областях для вычисления корреляционных функций, обработки принимаемых известных и неизвестных колебаний и измерения их параметров и характеристик, а также для обнаружения и опознавания сигналов и определения координат, параметров движения и геометрических размеров источников их излучения.Известно устройство для вычисления корреляционных Функций, содержащее функционально связанные между собой масштабный блок, блок управления, генератор импульсов, линии задержки, аналоговые ключи, блоки умножения, сумматоры, интеграторы, блоки памяти и рециркуляторы Ц .Недостатки устройства - малое быстродействие и сложность.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройстводля вычисления корреляционных Функций, содержащее масштабный блок, укоторого первый и второй входы являются входами устройства, а первыйвыход соединен со входом первой линии задержки, выходы которой черезаналоговые ключи первого блока ключей соединены в обратном порядке с 10 соответствующими входами второй линии задержки, третью линию задержки, у которой вход соединен непосредственно с выходом второй линии задержки и через первый переключательс первым выходом масштабного блока,а выходы через аналоговые ключи второго блока ключей в прямом порядкесоединены с соответствующими входамипервого сумматора, подключенного вы ходом к первому входу блока умножения, выход которого через первый аналоговый ключ, первый интегратор сосхемой сброса и второй аналоговыйключ соединен с первым входом второ го сумматора, выход которого соединен с первым выходом устройства ивходом блока преобразования частоты,у которого выход является вторым вы.ходом устройства, а дополнительный 30 вход соединен с дополнительным вы 3 813458ходом масштабного блока, четвертую линию задержки, вход которой соединен со вторым выходом масштабного блока, пятую линию задержки, входкоторой соединен через первое и второе положение второго переключателя и третий переключатель соответственно с выходами четвертой и первойлинии задержки .и вторым выходом мас,штабного блока, а выходы подключеныв обратном порядке через аналоговые ключи третьего блока ключей к соответствующим входам третьего сумматора, подключенного своим выходом ко второму входу блока умножения, выход которого дополнительно через третий аналоговый ключ, второй интегратор со схемой сброса и четвертый аналоговый ключ соединен со вторым входом второго сумматора, соединенные последовательно первый блокуправления, у которого дополнитель" ный выход соединен с дополнительным входом масштабного блока, а третий выход - с управляющим входом первого блока ключей, генератор тактовыхимпульсов и распределитель импульсов, выходы которого подключены к соответствующим попарно соединенным управляющим входам второго и третьего блока ключей, генератор импульсов, вход которого соединен со вторым выходом первого блока управления, дополнительный вход - с дополнительным выходом генератора тактовых импуль.сов, первые выходы подключены к управляющим входам каждой ячейки памяти первой, второй и третьей линии задержки, а вторые выходы - к управляющим входам каждой ячейки памяти четвертой и пятой линии задержки, и второй блок управления, у которого вход соединен с и-ыми управляющими входами второго и третьего блоков ключей и подключен к п-ому выходу распределителя импульсов, а соответствующие выходы подсоединены к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого аналоговых ключей и первого и второго интеграторов со схемами сброса 21.Недостатки этого устройства- не -высокая точность вычисления и сложность, обусловленные необходимостьюкоюутации с повышенной скоростьюбольшого числа ключевых элементов,наличием интеграторов со схемамисброса, появлением динамических погрешностей при вычислении корреляционных Функций как узкополосныхтак и широкополосных сигналов засчет коммутации ключевых элементови необходимостью использования линии задержки с большим числом звеньев или ячеек памяти,Цель изобретения - повышениеточности вычисления корреляционныхФункций Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для вычисления корреляционных функций, содержа-щее масштабный блок, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входамиустройства, первую линию задержки,выходы которой соединены с К входами первой группы блока ключей в обратном порядке, К выходов первойгруппы которого подключены к соот О ветствующим входам второй линии задержки, третью линию задержки, входкоторой соединен с выходом второйлинии задержки с к+1-м выходом блока ключей и через первый переключатель - с первым выходом масштабногоблока, блок умножения, сумматор,выход которого является первым выходом устройства и соединен с первымвходом блока преобразования частоты, выход которого является вторымвыходом устройства, а второй входсоединен со вторым выходом масштабного блока, четвертую линию задержки, вход которой соединен с третьимвыходоммасштабного блока, пятую ли линию задержки, вход которой соединен с выходом второго и третьегопереключателей, первый выход второго переключателя соединен с выходомчетвертой линии. задержки, а выход ЗО третьего переключателя подключен ктретьему выходу масштабного блока,третий вход которого подключен кпервому выходу блока управления,второй вход которого соединен с уп равляющим входом блока ключей, введены шестая н седьмая линии задержки, первый выход масштабного блокасоединен со входом шестой линии задержки, В выходов которой соединены 4 О с К входами второй группы блока ключей в обратном порядке, К выходоввторой группы которого соединены ссоответствующими входами третьейлинии задержки, а к+1-ый выход шестой линии задержки соединен со вхо дом первой линии задержки, со вторым входом второго переключателяи с к+1-м входом блока ключей, первая группа входов блока умножениясоединена соответственно.с выходом 50 второй линии задержки и с выходамитретьей и седьмой линиЯ задержки,вторая группа входов блока умножения соединена в обратном порядкес соответствующими выходами пятой 55 линии задержки, выходы блока умножения подключены к соответствующим входам сумматора.На чертеже приведена структурнаясхема устройства.Устройство для вычисления корреляционных функций содержит масштабный блок 1, входы которого являются входами устройства, соединенныепоследовательно шестую линию 2задержки, вход которой соединен спервым выходом масштабного блока 1, и первую линию 3 задержки, блок 4 ключей, состоящий из п(п=2 к ) аналоговых ключей, у которых сигнальные входы являются Входами бло ка ключей и подсоединены в обратном порядке к соответствующим выходам линий 3 и 2 задержки, управляющие входы соединены вместе и подключены вместе к управляющему входу блока ключей и выходы являются выходами блока ключей, соединенные последовательно линию задержки 5, К входов которой подключены в прямом порядке к соответствующим С первым выходам блока 4 ключей, линию 6 задержки, у которой первый вход че-, рез первый переключатель П 1 соединен с первым выходом масштабного блока 1, а остальные К входов подсоединены в прямом порядке к остальным К выходам блока 4 ключей, линию 7 задержки, блок 8 умножения, состоящий из и элементов перемножения колебаний, у которых первые входы являются первой группой входов блока умножения и подключе" ны в прямом порядке к соответствующим выходам линий 6 и 7 задержки, вторые входы являются второй группой входов блока умножения и выходы являются выходами блока умножения, соединенные последовательно сумматор 9, у которого входы соединеныс выходами блока 8 умноженияа выход соединен с первым выходом устройства, и блок 10 преобразования частоты, у которого выход является вторым выходом устройства, а допол" нительный вход соединен с дополнительным выходом масштабного блока 1, линию 11 задержки, вход которой соединен со вторым выходом масштабного блока 1, линию 12 задержки, вход которой соединен через первое и второе положение переключателя П 2 и через переключатель ПЗ соответственно с выходами линий 11 и 2 задержки и вторым выходом масштаб" ного блока 1, а выходы в обратном порядке соединены с соответствующими входами второй группы входов блока 8 умножения, и блок 13 управления, первый выход которого соединен с дополнительным входом масштабного блока 1, а,второй выход соединен с управляющим входом блока 4 ключей.Иасштабный блок 1 состоит иэ двух каналов (при вычислении взаимокорреляционных Функций и взаимной свертки двух Функций) или иэ одного канала (при вычислении автокорреляционных Функций и автосвертки) и содержит, в частности, перестраиваемые по частоте входные цепи со ступенчатыми делителями напряжения, смеситель, перестраиваемый по частоте гетеродин (или гетеродины) и усилители с регулируемыми коэффициентами усиления (при необходимости каналы дополни Блок 13 управления предназначен 33 для ввода в режим работы масштабного блока 1 и отпирания через каждыйинтервал времени Т -ЬС=(п)Ь 1=2 ЕЬС на длительность а аналоговых ключей блока 4 (Т - длительность обра- ,Е батываемого сигнала, которая равнамаксимально возможной длительностиобрабатываемых сигналов), Ь С - время задержки между двумя соседними отводами линий задержки в частности,вС равно интервалу отсчетов по 4 э Котельникову и состоит, например изФункционально связанных между собой задающего генератора и схема управленни на элементах дискретной техники,6 Устройство для вычисления корреляционных Функций работает следующим образом,В момент времени 1=0 блок 13 управления ввОдит в режим работыу масштабный блок 1 и сигналы й(1) иЕт(С) через первый. и второй входыустройства поступают в масштабныйблок 1, где происходит преобразование до необходимых значений среднихчастот их спектров и усиление поамплитуде до заданных преобразованных по частоте сигналов Е(С) и2 И) .С первого и второго выходов мас, штабного блока 1 сигналы ЙЬ(1) иф Г поступают на входы соответст 0 15 26 2 39 тельно могут содержать автоматические схеию перестройки или подстройки) частот гетеродинов (или гетеро- дина) и входных цепей и автоматические схемы регулировки амплитуд выходных напряжений.В качестве линий 2,3,5,6,7,11 и, 12 задержки могут быть использованы элементы задержки аналогового, дискретно-аналогового и цифрового типов, В последних двух случаях управление работой линий 2,3,5,6,7, 11 и 12 задержки может быть общим, т.е. осуществляться от одного блока управления. Время задержки линии 12задержки меньше максимальной длительности обрабатываемых сигналов на ве личину, равную времени задержки между двумя соседними отводами. Времязадержки линий 2,3,5,6 и 7 задержкиравно половине времени задержки линии 12 задержки. Время задержки линии 11 задержки больше времени задержки линии 2,3,5,6 или 7 задержкина величину, равную половине времени задержки между двумя соседнимиотводами. Время задержки между двумя соседними отводами у всех линий2,3,5,6,7 т 12 задержки одинаково,Блок 10 преобразования частотысостоит, ианример иэ смесителя, ккоторомудополнительно подводитсяколебание гетеродина масштабногоблока 1, и выходного усилительноготракта,58 40 55 7 8134 венно линий 2 и 11 задержки, распространяясь далее вдоль этих линий, При этом по мере продвижения сигнала Г(с.) вдоль шестой линии 2 задержки он непрерывно поступает через ее отводы на входы. закрытых аналоговых ключей 4 п ,4 блока5 4 ключей.Через интервалы времени 1=Кд 1 и =(1+) д С, сигналы Е(С.) и й 4(С.) поступают на входы соответстненно линий 3 и 12 задержки, распростра- с 0 няясь далее вдоль этих линий. При этом по мере продвижения этих сигналов вдоль линий 3 и 12 задержки они непрерывно поступают через их отводы соответственно на входы 15 закрытых соотнетстнующих аналоговых ключей блока 4 и на вторую группу входов блока 8 умножения. Так как в этом случае на первой группе блока 8 умножения отсутству ют значения сигналов, то результаты умножения на выходах блока 8 равны нулю.В момент времени 1=Т - Ь 1=21 дг. подноздействием импульса длительностьюдс блока 13 управления открываются25аналоговые ключи блока 4 и значениясоответственно выборок ГЭ(с), Г Сс 3(-1)дскб, с выходов (отводов) линий3 и 2 задержки в течение интервалаь с поступают через аналоговые ключи блока 4 на соответствующие входылиний 5-7 задержки, распространяясьдалее вдоль этих линий задержки втаком порядке;Г сс-(п)ьг), Г 3 (с) 35В этот же момент времени значения выборок Г 1 с- (и) дскб, Г Гс- (и 2)Ь С,), Г ЗС- (1+1)д с начинаютпоступать на интервал ас на первуюгруппу входов блока 8 умножения,В момент времени с=Т" ьс на вторую группу входов блока 8 умножения начинают поступать на интервал дс с соответствующих выходов пятой линии 12 задержки значения выборок соответ ственно Г 4(г- =1 дг), В этот же момент времени на выходе элемента 8 перемножения колебаний блока 8 умножения образуется значениеГ с-(и)д с 3 Г 4 (с-вудс) 50 длительностью вудс, которое н течение интервала дс через сумматор 9 поступает на первый выход устройства и вход блока 10 преобразователя частотр.Так как выбдрочные значения Гд 1,с-(1-1)дс 3 , 1 п 1 и ныбоРочные значения Г 4(с- ф- д г), 1=1 п распространяясь вдоль линии 6,7 и 12 задержки на встречных направлениях, поступают последовательно во време- Ь 0 ни каждый раз на интервал,дг соответственно на обе группы входов блока 8 умножения, то н момент нремениТ на выходах схем 8 р и 81,В перемножения колебаний блока 8 умножения образуются значения А=Гф 1,с-(п) ь сЯ Г 4 (гд с)1 В=Гз(с -(и)ьс Г 4 (г- дс) длительностью дс , которые в течение интервалад с через сумматор 9 поступают на первый выход устройства и вход блока 10 преобразования частоты в виде суммы: А+В, обновляясь через интервалд с, на первом выходе устройства мй входе блока 10 преобразования частоты с течением времени формируется следующий результат;у (г)= е Гэ(с-т+1) ь с) Г 4 (с-(щ-+ас)7 (щп=2, ), который с точностью до постоянного множителя является приближенным значением корреляционного интеграла с уменьшенным в два раза масштабом времени.После восстановления прежнего (или заднего ) значения средней частоты спектра сигнала у гс в блоке 10 преобразования частоты на втором выходе устройства образуется следующее окончательное значение результата:(с)-р 14 г-тф ) дсИ(г-(и-)+ 1 ьЦ; ( нс ) который с точностью до постоянного множителя является приближенным вычислением корреляционного интегралач(с)=11,(с-тстЛ(и+г-с- ьс)дс (оссьс) если только в нем уменьшить н дна раза масштаб изменения у(с) по осиПриведенное описание работы предлагаемого устройства будет справедливо и тогда, когда Г (с)=Гд(г)=Г(с). и Г(с) и Г(с) являются четными и нечетными функциями.При выполнении условия Г (с)= =Г(г)=Г(с) можно соединить между собой входы масштабного блока 1, а также его первый и второй выходы, и переключатель П 2 поставить в положение 2.При,вычислении интеграла свертки у(г)= 1 Г(1) Г(г-Г)Огнеобходимо разомкнуть переключатель П 2 и замкнуть переключатели П 1 и ПЗ.Таким образом, введение новых блоков: двух линий задержки и установление новых связей выгодно отличает предлагаемое устройство от указанного прототипа, так как позволило обеспечить высокое быстродействие, увеличить точность вычисления корреляционных функций как узкополосных, так и широкополосных сигналон,также упростить устройство за счет использования линий задержки с меньшим числом звеньев /или ячеек памяти/ и уменьшения номенклатуры функциональных элементон. В результате этого существенно расширится область применения устройства и отпадет необходимость в разработке ряда устройств с близко расположенными диапазонамирабочих частот, улучшатся тактико- технические и технико-экономические показатели при изготовлении и эксплуатации.Формула изобретенияустройство для вычисления корреляционных функций, содержащее масштабный блок, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами устройства,первую линию задержки, выходы которой соединены с К входами первой группы блока ключей в обратном порядке,выходов первой группы которого подключены к соответствующим входам второй линии задержки, третью линию задержки, вход которой соединен с выходом второй линии задержки с к+1-м выходом блока ключей, и через первый переключатель - с первым выходом масштабного .блока, блок умножения, сумматор, выход которого является первым выходом устройства и соединен с первым входом блока преобразования частоты, выход которого является вторым выходом устройства, а второй вход соединен со вторым выходом масштабного блока, четвертую линию задержки, вход которой соединен с третьим выходом масштабного блока, пятую линию задержки, вход которой соединен с выходом второго и третьего переключателей, первый выход второго переключателя соединен с выходом четвертой .линии задержки,а выход третьего переключателя подключен к третьему выходу масштабного блока, третий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй вход которого соединен с управляющим входом блокаключей, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности, в устройство введены шестая иседьмая линии задержки, первый выходмасштабного блока соединен со входомшестой линии задержки, С выходовкоторой соединены с К входами второйгруппы блока ключей в обратном порядке, К выходов второй группы которого соединены с соответствующими вхо 15 дами третьей линии задержки, а к+1-ыйвыход шестой линии задержки соединен со входом первой линии задержки, со вторым входом второго переключателя и с к+1-м входом блока2 О ключей, первая группа входов блокаумножения соединена соответственнос выходом Второй линии задержки ис выходами третьей и седьмой линиизадержки, вторая группа входов блока умножения соединена в обратномпорядке с соответствующими выходамипятой линии задержки, выходы блокаумножения, подключены к соответствующим входам сумматора.Источники информации,Зф принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 306471, кл, С 06 6 7/19, 1971,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2616085/18-24, 1978.М813458 Составитель В.Жовинскийактор И.Касарда Техред Л.Пекарь КорректорГ.Решетник иал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектна каэ 775/б 3 ВНИ 113035, Тираж 745 И Государствен делам изобрет осква, Ж, РПодписноеого комитета СССРний и откитийушская наб., д,4/5