Корреляционное устройство для определения времени задержки

Союз Советскнд Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОНУ СВИ ВТЕЛЬСТЭУ(61) Дополммтельмое к ввт. свмд-ву- (22) Заявлено 080280 (21) 2905943/18-24 с присоединением заявки йо(23) ПрмормтетОпублмковано 2 Ы 1,81. Бюллетень Йо 43 Дата опублмкования описания 231181(51) М. Кл. 6 Об Е 15/336 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИИзобретение относится к области специализированных средств цифровой вычислительной техники и может быть использовано для измерения задержки между исходным и опорным сигналами в корреляционных измерителях скорости и дальномерах.Известно устройство, состоящее иэ двух усилителей-ограничителей, двух регистров сдвига, двух схем совпадения и вычитания, двух схем ИЛИ, интергратора и генератора так-, товых импульсовустройство за счет изменения тактовой частоты в широких пределах позволяет осуществлять 15 измерения времени задержки в широком диапазоне при сравнительно небольшом объеме оборудования 1.Однако в области больших задержек устройство обеспечивает невысо кую точность измерения.Наиболее близким к предлагаемому является корреляционное устройство для определения времени задержки, содержащее первый регистр сдвига, вход первого регистра соединен с первым входом устройства, мультиплексор; входы мультиплексора соединены с выходами ячеек первого регистра, а выход мультиплексора соединен с входом ло гического блока преобразования фсигнал-частота" и входом второго регистра сдвига, выход которого соединен с другим входом логического блока, третий вход логического блока преобразования фсигнал-частота" соединен со вторым входом устройства; выходы логического блока соединены со счетными входами реверсивного счетчика, выходы группы младших разрядов счетчика соединены с управляющими входами делителя частоты; вход делителя частоты соединен с выходом тактового генератора, а. выход - с управляющими входами первого и второго регистров и со входом блока индикации значения задержки. Другие входы блока индикации соединены с выходами старших разрядов счетчика, которые соединенытакже с управляющими входами мультиплексора 21 .Применение генератора тактовых импульсов с переменной частотой следования в сочетании с мультиплексором позволяет получить в широком диапазоне измеряемых задержек малоиэменяющийся дискрет, т.е. обеспечить высокую точность. измерения.Однако эта точность снижаетсяев случае, если форма корреляцион 883914ной кривой имеет колебательный характер, т.е, имеет несколько экстремумов. Для определения времени задержки необходимо отыскание максимального экстремума корреляционной Функции.Недостаток данного устройства нозможность определения времени задержки по неосновному экстремуму, соответственно, невысокая точность измерения, если на исследуемом участке имеется несколько выбросов корреляционной функции.Цель изобретения - повышение точности определения времени задержки.Поставленная цель достигается тем, что н корреляционное устройство для измерения задержки, содержащее первый регистр сднига, информационный вход которого является первым входом устройства, а выходы первого регистра сдвига подключены к соответствующим информационным входам первого мультиплексора, тактовый генератор, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго регистров сдвига и с тактовым входом первого блока индикации, преобразователь напряжение-частота, первый нход которого является вторым входом устройства, второй вход подключен к выходу мультиплексора и входу второго регистра сдвига, третий вход преобразователя напряжение-частота соединен с выходом второго регистра сдвига, управляющий вход мультиплексора соединен с выходом реверсивного счетыика, первый и второй выходы преобразователя напряжение- частота соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выходы старших разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам блока индикации, а выходы младших разрядов соединены с управляющими входами делителя частоты, введены третий и четверткй регистры сдвига, второй мультиплексор, второй преобразователь напряжение-частота, второй реверсивный счетчик, второй делитель частоты, второй блок индикации, компаратор, дна интегратора, два элемента И, блок сравнения, входы которого подключены соотнетстненно к выходам первого и второго ренерсивных счетчиков, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к входу сложения первого реверсивного счетчика, выход второго элемента И - к входу вычитания второго реверсивного счетчика, вторые входы элементов И подключены соответственно к первому и второму выходам компаратора, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго интеграторов, вход первого интегратора соединен со вторым выходомпервого преобразователя напряжениечастота, вход второго интегратораподключен к первому выходу второгопреобразователя напряжение-частота,первый вход которого соединен со вторым входом устройства, вход третьего.регистра сдвига подключен к первомувходу устройства, выходы третьегорегистра соединены с соответствующимиинформационными входами второгомультиплексора, управляющий вход второго мультиплексора подключен к выходу второго реверсивного счетчика,выходы младших разрядов которого подключены к установочным входам второго делителя частоты, информационныйвход которого подключен к выходу тактозого генератора, а выход - подключен к тактовому входу второго блокаиндикации и к управляющим входам.20 третьего и четвертого регистров сдвига, выход второго мультиплексора соединен со входом четвертого регистрасдвига и со вторым входом второгопреобразователя напряжение-частота,третий вход которого подключен к выходу четвертого регистра сдвига, первый и второй выходы преобразователянапряжение-частота подключены соответственно к управляющим входам реверсивного счетчика.На фиг. 1 - схема предлагаемогоустройства; на фиг, 2 - зависимостьтактовой частоты Г 8 ичастоты индикации Гнд от значения задержки; нафиг. 3 - форма корреляционной кривойВй) и последовательность работыустройства при движении к максимальному экстремуму.Устройство содержит первый и второй канал 1 и 2 определения экстре мума корреляционной функции, первыйи третий регистры 3 сдвига, мультиплексоры 4, преобразователи 5 напряжение-частота, второй и четвертыйрегистры б сдвига, ренерсивные счетчики 7, младшие разряды 8 счетчиков,старшие разряды 9 счетчиков, делители 10 частоты, тактовый генератор11 блок 12 индикации, блок 13 сравнения, элементы И 14 и 15,интеграторы 16 и 17, компаратор 18.В предлагаемом устройстве первыйвход соединен с первым входом канала 1 определения экстремума и первымвходом канала 2 .определения экстремума, второй вход устройства соединен соответственно со вторыми входами каналов 1 и 2.Первый вход в каждом канале определения экстремума цепь опорногосигнала) соединен со входом регист ра сдвига 3, выход каждой ячейки регистра сдвига 3, кроме последней,соединен со входом следующей ячейки,выход каждой ячейки соединен такжесо входом мультиплексора 4, причем 65 М=2 й., где М - число разрядовмежду входом регистра 3 и выходом,ячейки с номером "К"; М. - числоразрядов между входом регистра ивыходом предыдущей ячейки; выходмультиплексора 4 соединен со входомпреобразователя и регистра сдвига б,выход которого соединен с другимвходом преобразователя 5, третийвыход которого соединен со вторымвходом канала, выходы преобразователя5 соединены со счетными входовреверсивного счетчика 7, выход последнего разряда из группы младшихразрядов 8 соединен со счетными входами группы старших разрядов 9 реверсивного счетчика, выходы младшихразрядов 8 счетчика 7 соединены с 15установочными входами делителя частоты 10, вход которого соединен с выходом тактового генератора 11, авыход - с управляющими входами регистров сдвига 3 и 6 и входом блока 20индикации 12, выходы старших разрядов 9 реверсивного счетчика 7 соединены с блоком индикации 12 и управляющими входами мультиплексора 4,кроме того, выходы старших разрядовреверсивных счетчиков 7 каждого изканалов соединены с соответствующимивходами блока 13 сравнения, выходкоторого соединен с первыми входамиэлементов И 14 и 15, первый выходпреобразователя 5 канала 1 черезинтегратор 16, а второй выход преобразователя 5 канала 2 через интегратор 17 подключены к соответствующимвходами компаратора 18, один выход .которого соединен с входом элемента И 14, а второй - с входом элемента И 15, выход элемента И 14 соединен с первым входом (входом сложения) реверсивного счетчика 7 канала 1, а выход элемента И 15 - со вторым входом (входом вычитания) реверсивного счетчика 7 канала 2.Устройство работает следующимобразом.С включением в работу производится начальная установка реверсивногосчетчика 7 канала 1, соответствующаяминимально возможному значению задержки, число, записанное в старшихразрядах 9 реверсивного счетчика 7,коммутирует с .регистра 3 соответствующую ячейку, аналогичным образомв канале 2 устанавливается максималь-но возможное значение задержки.На входы регистров 3 обоих каналов и преобразователей 5 подаютсясоответственно опорный и исходныйсигналы. При этом на выходах преобразователя 5 в каждом канале формируются сигналы, частоты которыхпропорциональны, значениям вэаимокор- Ореляционной функции опорного и исходного сигналов в двух точках,соответствующйх двум мало отличающимся значениям задержки опорногосигнала ( определяемым числом разрядов 65 регистра сдвига б). Разность этихчастот сигналов определяет направление движения к точке экстремума и равна нулю, когда задержка соответствует положению экстремума. При рассогласовании состояние счетчика меняется, вызывая изменение частоты на выходе делителя 10. Если все младшиеразряды 8 счетчиков 7 оказываютсязаполненными, что соответствует максимальному коэффициенту деления частоты генератора 11, то следующийимпульс на входе реверсивного счетчика 7 сбрасывает младшие разрядысчетчика и изменяет на единицу состояние старших разрядов 9. Это, всвою очередь приводит к тому, чтокоэффициент деления делителя 10становится минимальным; с помощьюмультиплексора 4 включается следующая ячейка регистра сдвига 3, и число включенных разрядов увеличиваетсятаким образом в два раза. Если продолжается.движение к экстремуму втом же направлении, то процесс повторяется. Если движение происходитв обратном направлении, то последовательность событий соответственноизменяется.Параллельно анализу корреляционных функций преобразователя напряжение-частота 5 производится интегрирование ординат корреляционной;функции в крайних исследуемых точках интеграторами 16 и 17. В компараторе 18 производится сравнениерезультатов интегрирования, на соответствующем его выходе вырабатывается сигнал управления, проходящийчерез соответствующии элемент И 14или 15 и реверсивный счетчик 7 навход сложения в первом канале или навход вычитания во втором канале,тем самым инициируя сближение временных точек, анализируемых в первом ивтором каналах. Элементы И 14 и 15открыты для прохождения сигналов скомпаратора до тех пор, пока не наступит равенство результатов в старших разрядах 9 реверсивных счетчиков7 обоих каналов, после чего оба канала переходят в режим автономной работы по определению максимума корреляционной функции,В блоке индикации (фиг. 2, вырабатывается частота, пропорциональнаязначению задержки, в то время какчастота тактировки регистра 3, равная частоте на выходе делителя 10,изменяется всего в два раза, оставаясь высокой при любых значенияхизмеряемой задержки.Последовательность работы устройства при движении к максимуму корреляционной функции ,максимальномуэкстремуму)отражена на фиг. 3.Начало анализа соответствует моменту, когда первый канал анализирует экстремум в точке А, а второйФормула изобретения Корреляционное устройство для определения времени задержки, содержащее первый регистр сдвига, информационный вход которого является первым входом устройства, выходы первого регистра сдвига подключены к соответствующим информационным входам первого мультиплексора, тактовый генератор, выход которого подключен к счетному входу делителя частоты, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго регистров сдвига и с тактовым входом первого блока индикации, преобразователь напряжение-частота, первый вход которого является вторым входом устройства, второй вход подключен к выходу мультиплексора и ко входу второго регистра сдвига, третий вход преоб-, разователя напряжение-частота соеди-. нен с выходом второго регистра сдвига, управляющий вход первого мультиплексора соединен с выходом первого реверсивного счетчика, первый и второй выходы преобразователя напряжение-частота соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выходы старших разрядов которого подключены к соответствующим информационным входам первого блока индикации, а выходы мпадших разрядов соединены с управляющими входами делителя частоты, о т л и ч аю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности определения времени задержки, в корреляционное устройство введены третий и четвертый регистры сдвига, второй мультиплексор, второй преобразователь напряжение- частота, второй реверсивный счетчик, второй делитель частоты, второй блок индикации, компаратор,. два интегратора, два элемента И и блок сравнения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго реверсивных счетчиков, выход блока сравнения соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к входу сложения первого реверсивного счетчика, а выход второго элемента И - к входу вычитания второго реверсивного счетчика, вторые входы элементов,И подключены соответственно к первому и второму выходам компаратора, входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго интеграторов, вход ,первого интегратора соединен со вторым выходом первого преобразователянапряжение-частота, вход второго интегратора подключен а первому выходу второго .преобразователя напканал-экстремум в точке В. Так какэкстремум в точке В меньше экстремума в точке А , сигнал управления скомпаратора 18 через элемент И 15поступает в реверсивный счетчиквторого канала, вызывая смещение анализируемого участка влево И шаг) .Так как компаратор 18 вырабатываетсигнал управления по значениям функции в крайних точках А и В, напервом шаге показано, соответствен 1но, перемещение точки В . В точке Взначение корреляционной функцииравно значению функции в точке А,с этого момента компаратор прекращает выдавать сигнал управления на элемент И 15, соответственно второй канал переходит в режим автономногопоиска экстремума, постепенно переходя в точку В. Как только второйканал переходит к анализу левееточки В 1, значение корреляционной 20функции становится выше, чем Фиксируемое интегратором 16, соответственно компаратор 18 переключает сигналуправления на другой выход, сдвигаяточку анализа первого канала из экстремума А вправо. Таким образом,на втором шаге происходит одновременное смещение анализируемых точек вобоих каналах навстречу друг другу,пока второй канал не остановитсяна Фиксации экстремума в точке В.Второй канал буДет зафиксирован наэкстремуме в точке В, пока числов интеграторе 16 не достигнет числа, хранимого в интеграторе 17 (точка А,. С этого момента начинаетсятретйй шаг,епревый канал переходитв режим автономного поиска максимума, а второй принудительно перемещается навстречу.В момент равенства чисел (одна 40и та же ячейка в регистрах 3 первого и второго каналов) в старших разрядах 9 счетчиков 7 обоих каналовблок сравнения 13 вырабатывает сИгнал, закрывающий элементы И 14 и 15,оба канала переходят в режим автономного поиска максимума корреляционной Функции,Известное устройство при анализекорреляционной функции (фиг. 3)может остановиться на любом из экстремумов, соответственно выдатьошибочный результатПредлагаемое двухканальное устройство с дополнительными элементами И, схемой сравнения и компаратором позволяет "стягивать" канал санализа промежуточного экстремума,когда соседний канал перейцет к анализу участка, в котором значение корреляционной Функции превышает величинЩэтого промежуточного экстремума.Таким образом, исключаются ошибкиопределения времени задержки, связанные с фиксацией промежуточных экстремумов, так как можно сделать зак лючение, что устройство обладает положительным эффектом.ряжение-частота, первый вход которого соединен со вторым входом устройства, вход третьего регистра сдвига подключен к первому входу устройства, выходы третьего регистра соединены с соответствующими информационными входами второго мультиплексора, управляющий вход втооого мультиплексора подключен к выходу второго реверсивного счетчика, выходы младших разрядов которого подключены к установочным входам второго делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу тактового генератора,а выход - подключен к тактовому входу второго блока индикации и к управляющим входам третьего и четвер 15 того регистров сдвига, выход второгомультиплексора соединен со входом,четвертого регистра сдвига и со вторым входом второго преобразователянапряжение-частота, третий вход которого подключен к выходу четвертогорегистра сдвига, первый и второйвыходы преобразователя напряжениечастота подключены к управляющимвходам реверсивного счетчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 466453, кл. 6 06 Г 15/336, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 636617, кл. 6 06 Г 15/336, 1976прототип).883914Составитель В. Жовинский Редактор В. Еремеева Техред С,Мигунова Корректор Н. Швыдкая Заказ 10233/74 Тираж 748 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", гужгород, ул. Проектная, 4