Цифровой коррелятор

,(57) Изобре ционно-изме применяться ставленныхтами, Цель Й КОРРЕЛЯТОРение относится к информаительной технике и можетдля обработки данных,прееравноотстоящими отсчезобретения - расширение ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) Б,Я. Авдеев, А.П. Мадыев, А.В.Минаев и В.В. Ященко(56) Авторское свидетельство СССР У 46924, кл. С 06 Р 15/336, 1974.Авторское свидетельство СССР У 1282158, кл. С 06 Р 15/336, 1986. функциональных возможностей за счетанализа случайного процесса, представленного неравноотстоящими отсчетами,путем обработки слабокоррелированныхвыборок, Предлагаемое устройство позволяет измерить корреляционную функцию сигнала по его неравноотстоящимотсчетам, Формирование частичных произведений из слабокоррелированныхмежду собой пар отсчетов позволяетоценить требуемую статистическую точность и необходимый для этого объемвыборки по каждой ординате. Коррелятор содержит регистры 2 и 14, блоки3, 4, 9 и 10 памяти, блоки 5 и 6 умножения, накапливающие сумматоры 7 и8, блок 11 синхронизации, фиксаторы13 сдвига, переключатель 15, входы18 и 19, выход 12. 2 ил.Изобретение относится к информа ционно-измерительной технике и может применяться для обработки данных,полученных с выхода цифровых адаптивных информационно-измерительных систем (ЦАИИС).Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности анализа случайного процесса, 1 п представленного неравноотстоящими отсчетами, путем обработки слабокоррелированных выборок.На Фиг, 1 представлена структурная схема коррелятора; на фиг. 2 - схема 1 б Фиксатора сдвига.Цифровой коррелятор фиг. 1) содержит информационный вход 1, регистр 2 сдвига, первый Э и второй 4 блоки памяти, первый 5, второй 6 блоки умножения, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, третий 9 и четвертый 10 блоки памяти, блок 11 синхро" низации, выходы 12, 11 фиксаторов 13 сдвига, и-разрядный регистр 14 сдвига,25 переключатель 15, первый 1 Ь и второй 17 элементы ИЛИ, стробирующий вход 18,. тактовый вход 19.Фиксатор сдвига (фиг. 2) содержит КБ-триггер 20, элемент И 21, входы ЗО 22-24, переключатель 25, счетчик 2 б, выход 27.Коррелятор работает слецующим образом.Перед началом измерения корреляционной функции все блоки 3, 4, 9 и 10 памяти, сумматоры 7 и 8, регистр 14, КЯ-триггеры 20, счетчики 2 б в каждом блоке 13 обнуляются, Коды отсчетов, сопровождающие их строб-им пульсы и тактовые импульсы, поступают соответственно на входы 1, 18 и 19. Вся эта информация может посту- пать как непосредственно с выхода ЦАИИС, так и с выхода блока воспроиз б ведения с магнитной ленты.Для анализа нерегулярной последовательности отсчетов переключатели ,15 и 25 замыкаются.Ординаты корреляционной функции ло неравноотсящим отсчетам Формируют,ся путем накопления частичных произведений, получаемых перемножением пар отсчетов, Интервал сдвига между отсчетами, образующих частичное произ= бб ведение, является аргументом корреляционной Функции. Частичные произведения со всеми возможными сдвигами формируются в промежутках между приходом отсчетов, Каждое частичное произведение формируется из вновь пришедшего отсчета и всеми предыдущими на текущем интервале корреляции, .Каждый вновь пришедший отсчет до прихода следующего должен поочередно умножится на все предыдущие, начиная с самого раннего, пришедшего за время текущего интервала корреляции. Перемножение каждой пары отсчетов, т,е. Формирование частичных произведений, разрешается при одновременном выполнении условий:1) оба сомножителя являются кодами отсчетов, а не нулевыми пробелами;2) объем выборки по ординате корреляционной функции с аргументом, равным интервалу сдвига между перемножаемыми отсчетами, не достиг заданного значения;3) интервал сдвига между данными отсчетами зафиксирован в текущем интервале впервые.Выполнение последнего условия позволяет для каждой ординаты корреляционной функции формировать частичные произведения только из одной пары отсчетов среди всех возможных на каждом интервале корреляции пар отсчетов с соответствующим сдвигом внутри пары. Следовательно, соответствующие ординаты корреляционной функции Формируются парами отсчетов, выбранных че. рез интервал корреляции, а поэтому слабокоррелированных, Это позволяет пренебречь степенью коррелированности частичных произведений при оценке точности по каждой ординате, котораяв этом случае определяется значением самой ординаты и объемом выборки по ней.Коды отсчетов поступают в коррелятор в определенные моменты времени, обозначаемые тактовыми импульсами, Код каждого отсчета, кроме того,сопровождается строб-импульсом. Вновь пришедший код отсчета записывается одновременно в регистр 2 и в первую ячейку блока 3 памяти. Запись производится синхроимпульсом, прошедшим на входы записи указанных блоков и на вход записи блока памяти, При этом содержимое блоков 3 и 4 памяти сдвигается на разряд вправо, причем содержимое из последней ячейки блока 3 памяти переписывается в первую ячейку блока 4 памяти. Одновременно тот же синхроимпульс, поступая. навход записи регистра 14, сдвигает на. разряд вправо его содержимое, а в его первый разряд записывается логическая "1" от строб-импульса про 5 шедшего на информационный вход регистра.При отсутствии отсчета на данном такте в первую ячейку блока памяти записывается нулевой пробел в "О" в первый разряд регистра 14. Такая регулярная по синхроимпульсам запись в блоки 3 и 4 памяти, в регистр 14 при нерегулярном поступлении отсчетов, сопровождаемых строб-импульсами, 15 располагает коды отсчетов в блоках 3 и 4 памяти аналогично "1" в разрядах регистра сдвига, в зависимости от темпа их поступления. В свою очередь расположение "1" в разрядах ре О гистра 14 говорит о наличии отсчетов на соответствующих предыдущих тактах текущего интервала корреляции независимо от значений самих отсчетов.Таким образом, разряды регистра 25 14 содержат информацию о временном положении отсчетов на текущем интервале корреляции, а в блоках 3 и 4 памяти содержатся сами значения этих отсчетов. Этим исключается принятие Зо отсутствия отсчета (нулевого пробела) за отсчет с нулевым значением или наоборот, Период Тследования такто-, вых импульсов равен минимальному такту поступления отсчетов и задает шаг 1 Ф аргумента корреляционной функции.1Код вновь пришедшего отсчета, подаваемого с выхода регистра 2 на первые входы блока 5 и 6 умножения, является первым сомножителем. На вторые 40 входы этих же блоков подаются вторые сомножителя - содержимое последних ячеек блоков памяти соответственно. Перемножение сомножителей с- формирование частичного произведения - разрешено для этой пары сомножителей, для которой выполняются условия (1-3).Проверка этих условий для всех возможных на текущем интервале корреляции сомножителей происходит в цикле 5 О формирования частичных произведений, запускаемом после прихода каждого отсчета, сопровождаемого строб-импульсом. Последний поступает, в частности, на вход запуска блока 11 синхронизации, Через время задержки ь С, состоящего из времени записи в регистр 2 и времени сдвига содержимого в блоке памяти, блок 11 синхронизации выдает со своего первого выхода пачку формирующих импульсов, а со второго - с задержкой пачку импульсов опроса. Периоды повторения для импуль. сов каждой пачки одинаковы. Условия (1-3) проверяются одновременно для двух пар сомножителей: содержимое регистра 2 - первый сомножитель - не меняется, а вторые сомножители последовательно считываются импульсами опроса из блоков 3 и 4 памяти, синхронно с этим из блоков 9 и 10 памяти отсчитываются ординаты корреляционной функции на выход 12, к которым в случае выполнения условий (1-3) прибавятся соответствующие частичные произведения.Первыми в цикле отбора проверяются условия (1-3) для двух пар сомножителей с интервалами сдвига (И/2-1) и (И), которые уже подаются на вхо-, де блоков 7 и 9 умножения с выхода регистра 2 и из последних (Б/2)-х ячеек блоков 3 и 4 памяти. Проверка условий (1-3) для этих двух пар производится соответственно в (И/2)-м и И-м фиксаторах сдвига 13. Первый сомножитель - вновь пришедший отсчет - всегда удовлетворяет условию (1),так как цикл формирования частичных произведений запускается с его приходом. Условие (1) для вторых сомножитеи 11 лей проверяется по наличию 1 в, (М/2)-ми И-м разрядах регистра 14, которые соединены с входами 24 одноменных фиксаторов 13 сдвига,"1" на нверсном выходе переноса счетчика 26 свидетельствует о выполнении условия (2), а "1" на инверсном выходе КЯ-триггера 20 - условия (3).Одновременное выполнение условий (1-3) открывает элемент И 21 для прохождения первого формирующего им.пуса через тот фиксатор 13 сдвига, в котором эти условия выполняются. Допустим, что они выполнялись только в (И/2)-м фиксаторе 13 сдвига, т,е. частичное произведение со сдвигом (И/2-1)ьь должно быть сформирована Формирующий импульс проходит на выход 27 (М/2)-го фиксатора 13 сдвига, затем через элемент ИЛИ 16 - на упправляющий вход блока 5 умножения и производит формирование частичного произведения, которое в сумматоре 7 складывается с соответствующей текущей ординатой корреляционной функции, подаваемой на второй вход последнего510 15 20 25 30 45 50 55 5 132из (М/2)-й ячейки блока 9 памяти.06 новленная текущая ордината с выходасумматора 7 подается на вход этогоже блока 9, В (М/2)-м фиксаторе 13сдвига после прохождения первого вцикле Формирования формирующего импульса происходит опрокидывание триггера 20 и увеличение на "1" содержимого счетчика 26, До тех пор покатриггер 20 не установлен в исходноесостояние, формирующие импульсы непроходят через (М/2)-й фиксатор 13сдвига, т.е. не формируется частичное произведение со сдвигом (М/2-1)дьтак как не выполняется условие (1)при выполнении остальных условий(2 и 3),Невыполнение какого-либо из условий (1-3) в М-м фиксаторе 13 сдвигаприводит к тому, что первый в циклеформирования формирующий импульсне проходит через этот фиксаторсдвига. На выходе блока 6 умножения"0", который и поступает на первыйвход сумматора 8, на второй вход которого поступает из последней (М/2)-йячейки блока 10 памяти последняя текущая ордината текущей корреляционной функции самого большого аргумента (М) Л , В сумматоре 8 эта ордината сложится с "0" и это значениеподается на вход блока 10.Таким образом, сумматоры 7 и 8содержат соответственно обновленнуютекущую ординату аргумента (М/2-1)дГи переднюю текущую ординату аргумента (М)дь, Запись этих ординатв те же блоки памяти, но уже в ихпервые ячейки происходит по первомуимпульсу опроса, поступающему, в частности, на входы записи блоков 9 и10 памяти. При этом содержимое этихблоков памяти сдвигается на разрядвправо. На выходе этих блоков памятипоявляются ординаты аргументов соответственно (М/2-2)д и (М) д о .Одновременно первый импульс опроса, поступив на входы считывания блоков 3 и 4 памяти, сдвигает их содержимое на разряд вправо, причем содержимое их последних (М/2)-х ячеек переписывается в их первые ячейки. Навторые входы блоков 5 и 6 умноженияпоступает теперь содержимое предпоследних (М/2-1)-х ячеек блоков 3 и 4памяти, Содержимое регистра 2 не меняется и по-прежнему поступает напервые входы блоков 5 и 6 умножения.Таким образом, подготовлены к провер 8825 6 ке условия (1-3) сомножители со сдвигом (М/2-2)дь , которые в случае выРполнения условий (1-3) просуммируются с текущимИ ординатами аргументов (М/2-2)д,и (М) д , Задержка между первыми импульсами формирующими и опроса Сд,о = 1: + 1: , где д время прохождения Формирующего импульса через блок 11 и через фиксатор сдвига с - суммарное время срабасрпятывания одного блока умножения и сумматора. После того, как происходит первыйсдвиг содержимого во всех блоках памяти от первого импульса опроса, блок11 синхронизации выдает со своеговыхода второй формирующий импульс,который поступает на вторые входыодновременно (М/2-1)-го и (М)-гофиксаторов 13 сдвига. В этих фиксаторах сдвига проверяются условия (1-3)для сомножителей со сдвигами соответственно (М/2-2) и (М), которые уже поданы на входы блоков 5 и 6 умножения, Проверка условий и формирование в случае выполнения (1-3) частичных произведений со сдвигами (М/2-2)Я и (М)д 7 происходит так же, как и на предыдущем шаге,Второй импульс опроса записывает текущие ординаты аргументов (М/2-2)дГ и (М)Д 1" (обновленные или необновленные) в первые ячейки блоков 9 и 10 памяти, сдвинув при этом содержимое блоков 9 и 10 на разряд вправоЭтот же второй импульс опроса сдвигаетна разряд вправо содержимое блоков 3и 4 памяти, переписав в их первые ячейки содержимое из последних ячеек,40 После второго импульса опроса подготовлены к проверке условий (1-3) сомножители со сдвигами (М/2-3)д и(М)дТ и к обновлению в случае выполнения условий (1-3) текущие ординаты аргументов (М/2-3)Ь и (М) дь. Цикл формирования частичных произведений закончится после того, как последний (М/2)-й импульс опроса установит информацию во всех блоках памяти в Состояние, исходное на начало цикла.Таким образом, проверены условия (1-3) для пар отсчетов, образованных вновь пришедшим отсчетом и всеми предыдущими, включая и сам вновь пришедший, отсчетами на текущем интервале корреляции, сформированы, в случае выполнения условий (1-3), соответствующие частичные произведения и про1328825 8ний с соответствующими сдвигами, кото.рые взяты из соседних интервалов корреляции, Эти частичные произведения, ю следовательно, можно считать слабот- коррелированными, что позволяет пренебречь степенью коррелированностимежду ними при оценке статическойпогрешности соответствующей ординаты10 корреляционной функции сигнала, представленного неравноотстоящими отсчетами.При обработке регулярной последовательности отсчетов тактовые импуль 15 сы и строб-импульсы совпадают и призамкнутых переключателях 15 и 25 накаждом интервале корреляции формируются И частичных произведений со сдвигами от 0 до (И) й , так как режим20 некоррелированной выборки.При разомкнутых переключателях 15и 25 и регулярном поступлении отсче. -тов ординаты измеряемой корреляционной функции формируется из всех воз 25 можных частичных произведений с соответствующими сдвигами.Для работы в реальном масштабевремени необходимо выполнение условия р 3 Го сааб ф Цифровой коррелятор, содержащийрегистр сдвига, и-разрядный регистр 55 сдвига (и = 1,2И - натуральноечисло), два блока умножения, два накапливающих:сумматора, переключатель выбора режима работы и и фиксаторов сдвига, каждый из которых содержит суммированы с соответствующими теку щими ординатами корреляционной функ ции, При этом в соответствующих фик саторах сдвига значение соответству щего объема выборки, хранимое в сче чиках 26, увеличится на "1"; а опро кинувшийся триггер 20 исключает на текущем интервале корреляции повтор ные формирования частичных произведений с этим же сдвигом, После окон чания очередного цикла формирования частичных произведений устройство готово к приходу следующего отсчетаОкончание текущего интервала кор реляции обозначается сдвигом "1" из И-го в (И+1)-й разряд регистра 14,т,е. эта единица, первая в текущем интервале корреляции, продвигается первого разряда до И-го за время (И)Д . Положительный перепад логических уровней с выхода (И+1)-г разряда регистра 14 через переключа тель 15 проходит на вход начальной установки регистра 14 и через входы 22 каждого фиксатора 13 сдвига - на К-входы КЯ-триггеров 20, Регистр 14 и КЯ-триггеры 20 установлены в исходное состояние: все разряды первого обнуляются, а на инверсных выходах З 0 последних появляются "1", Устройство подготовлено к проверке условий (1-3) для каждой пары сомножителей и последующему формированию частичных произведений на новом интервале корреляции.35Запуск цикла формирования частичных произведений после прихода каждого отсчета позволяет просмотреть все возможные на текущем интервале корреляции интервалы сдвига между всеми 40 поступающими отсчетами.При достижении объема выборки по какой-либо ординате число в счетчике 26 соответствующего фиксатора сдвига достигает конечной емкости счетчика и на его инверсном выходе переноса появляется "0", который сделает невозможным выполнение условий (3) в рассматриваемом фиксаторе 13 сдвига для сомножителей с соответствующим сдвигом. Про 50 цесс измерения корреляционной функции завершается при достижении заданного объема выборки по всем ординатам, Формирование частичных произведений со всеми возможными сдвигами только по одному разу на интервале корреляции приводит к тому, что ординаты корреляционной функции формируются из тех частичных произведеТ) (И/2+1)Т где Т- минимальный период следования отсчетов; Тч, - минимальный период следова.ния формирующих импульсов; И/2 - разрядность каждого из блоков памяти. В свою очередьгде С , - время сдвига содержимогов блоках памяти.Разрядность И+1 регистра 14 сдвига, число И фиксаторов 13 сдвига, емкостьИ/2 блоков памяти определяется числом И ординат корреляционной функции исследуемого сигнала.Емкость счетчиков 26 определяется объемом выборки по каждой ординате. формула изобретенияКБ-триггер, элемент И и переключа тель, выход которого соединен с Б-входом КБ-триггера, инверснь 1 й выход которого соединен с первым входом эле мента И, выход которого соединен с входом переключателя, тактовый вход п-разрядного регистра сдвига является одноименным входом коррелятора, информационный вход которого являет ся одноименным входом регистра сдвига, выходы блоков умножения соединены соответственно с первыми входами соответствующих накапливающих сумматоров, разрядные выходы и-разрядного 15 регистра сдвига соединены с вторыми входами элементов И соответствующих фиксаторов сдвига, третьи входы которых соединены с выходом переключателя выбора режима работы и подключены к 20 входу начальной установки п-разрядного регистра сдвига, выход младшего разряда которого соединен с входом переключателя выбора режима работы, информационный вход и-разрядного ре гистра сцвига является входом стробирования коррелятора, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности анализа слу- ЗО чайного процесса, представленного неравноотстоящими отсчетами, путем обП работки слабокоррелированных выборок, в него введены блок синхронизации,два элемента ИЛИ и четыре блока памяти, а в каждый фиксатор сдвига введен счетчик, выходрегистра сдвига соединен с первым информационным входом первого блока памяти и с первыми входами блоков умножения, выход пер О вого блока памяти соединен с первым ,информационным входом второго блока памяти, с вторым входом первого блока умножения и со своим вторым информационным входом, выход второгоблока памяти соединен с вторым входом второго блока умножения и со своим вторым информационным входом, выходы первого и второго накапливающихсумматоров соединены соответственнос информационными входами третьегои четвертого блоков памяти, выходыкоторых соединены соответственно свторыми входами первого и второгонакапливающих сумматоров и являютсявыходами значений соответствующихординат коррелятора, вход запускаблока синхронизации соединен с информационным входом и-разрядного регистра сдвига, первый выход блока синхронизации соединен с входами разрешения сдвига первого и второго блоковпамяти и с входами записи-считываниятретьего и четвертого блоков памяти,тактовый вход регистра сдвига, входызаписи-считывания первого и второгоблоков памяти соединены с тактовымвходом и-разрядного регистра сдвига,выходы с первого по 1/2-й группы блока синхронизации соединены соответственно с К-входами КБ-триггеров 1-х(1 = И/2, 1) и 1-х (1 = Б; И/2+1) фиксаторов сдвига, выходы элементов И спервого по И/2-й фиксаторов сдвигасоединены с соответствующими входамипервого элемента ИЛИ, выход которогосоединен с тактовым входом первогоблока умножения, выходы элементов Ис (11/2+1)-го по И-й фиксаторов сдвига соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с тактовым входомвторого блока умножения, в каждомфиксаторе сдвига выход элемента Исоединен со счетным входом счетчика, инверсный выход переполнения которого соединен счетвертым входом элемента И.1328825 27 2 г ставитель Е. Ефимовахред И.Попович Корректор И. Мус едактор М, Бланар Заказ 3489/51 Тираж 672 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раувисное ко кая Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,2 З ге Птета СССрытийнаб., д