Знаковый коррелометр

ОИ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.з С 06 Р 15/336 Государстаеииый комитет СССР оо делам изобретеиий и открытий(54 ЗЧАКОВЫИ КОРРЕЛОМЕТ Изобретение относится к специалй. зиронанным средствам вычислительной техники и может быть применено при определении статистических занисимостей между различными величинами и функциями стационарных случайных процессов в исследованиях характеристик электронных приборов и других областях науки и техники.10Известен знаковый коррелометр, содержащий блоки сравнения, коммутатор, блоки умножения, счетчики, генератор импульсов, триггер и делитель частотыВОднако и коррелометре не предусмотрена воэможность вьчислений зна" ковой функции корреляции между знаками значений амплитуд случайного процесса и знаками приращений амплитуд или между знаками приращений амплитуд двух случайных процессов.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухвходовой коррелометр, содержащий два блока сравнения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока накопления через блок равнозначности и распределения, один иэ управляю.их входов которого соединен с выходом генератора импульсов опроса и с управляющим входом одного йз блокон сравнения,генератор случайногоранновероятного сигнала, выход которого подключен к одному из входов другого блока сравнения, другой вход которого является одним иэ входов коррелометра, триггер управления, блок формирования нулевой ординаты, блок переключения процессов, два элемента Ии элемент ИЛИ, причем один из входовблоков равнозначности и распределения соединен через блок формиронаниянулевой ординаты и один из элементовИ со своим другим управляющим входомуправляющий выход блока Равнозначности и распределения подключен к другому входу одного из элементов И,единичному нходу триггера управления ичерез элемент ИЛИ - к управляющемунходу другого блока сравнения, выход,триггера управления соединен с управ"лянарм входом блока переключения процессов и через другой элемент И - сдругим входом элемента ИЛИ,выход генератора импульсов опроса подключен кнулевому входу триггера управленйя идругому входу другого элемента И, входы блока переключения процессов подключены соответсненно к входам корелометра, а выход соединен с однимэ информационных входов одного изсблоков сравнения, другой вход которого подключен к нулевой шине (2).Описанный коррелометр может измерять автокорреляционные и взаимно- корреляционные функции между знаками значений амплитуд случайных процессов. При измерении Функций устройство работает, опред-.ляя оценку математического ожидания произведения знаков одного и второго- суммы второго и вспомогательного-сигналов.Однако при исследованиях сигналов с выходов чувствительных элементов электронных приборов, да и в других областях науки и техники зачастую необходимо определять корреляционные функции между знаком значения ампли туды сигнала случайного процесса и знаком приращения его амплитуды или знаками приращений амплитуд сигналов двух случайных процессов, Это связано с тем обстоятельством, что 28 электронные приборы реагируют обычно не только на величину мгновенного значения случайного процесса, а и на изменения его, т.е. на его приращение за отрезок, времени.Применение известного коррелометра не позволяет вычислять подобные корреляционные Функции.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей коррелометра за счет получения оценок знаковых мгновенных значений исследуемых сигналов корреляционных Функций при-, ращений.Поставленная цель достигается тем, что в знаковый коррелометр, содержащий блок переключения сигналов, два блока сравнения, первый вход первого блока сравнения подключен к первому выходу блока переключения, а выход первого блока сравнения соединен с 4 О первым входом блока равнозначности, выход которого подключен к информационному входу блока, накопления, генератор импульсов , выход которого соединен с первым. входом элемента И, триггер, введены четыре запоминающие ячейки, два регистра сдвига, счетчик циклов, два коммутатора, ключ, источник постоянного напряжения, выходкоторого соединен со входом ключа, щ выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и со вторым входом элемента И, третий вход которого подключен к выходу счетчика циклов, выход элемента И соединен со входом триггера, первый выход которого подключен к управляющим." входам первого и второго регистров сдвига и первой и третьей- запоминающих ячеек, второй выход триг - гера соединен с управляющими входами бй второй и четвертой запоминающих ячеек, информационные входы первой и второй, третьей и четвертой запоми- нающих ячеек попарно объединены иявляются соответственно первым и 65 вторым входами коррелятора, выходы запоминающих ячеек подключены к соответствующим входам блока переключения, второй выход которого соединен по вторым входом первого блока сравнения, третий и четвертый выхОды блока переключения подключены соответственно к первому и второму входам второго блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами второго коммутатора , выход которого соединен со вторым вхоцсм блока равнозначности, управляющий вход которого объединен со входом счетчика циклов и подключен к выходу второго коммутатора, входы которого соединены с соответствующими выходами первого регистра, уп- равляющий вход блока накопления соединен с выходом счетчика циклов,На чертеже показана структурная схема коррелометра.Устройство содержит четыре запоминающие ячейки 1 - 4, блок 5 преключения, имеющий нулевую шину, два блока б и 7 сравнения, блок 8 равнозначности (и распределения), коммутатор 9, регистр 10 сдвига, блок 11 накопления, генератор 12 импульсов, элемент И 13, счетчик 14 циклов, триггер 15, коммутатор 16, регистр 17 сдвига, ключ 18 и источник 19 постоянного напряжения. Устройство работает следующим обРазом.В исходном состоянии элемент И 13закрыт триггер 15 находится в нулевом состоянии, т.е. на его единичномвыходе установлен потенциал логического нуля (потенциал О), а на нулевом выходе - потенциал логическойединицы (потенциал 1) .Один из сигнальных входов блока 8равнозначности (и распределения) через коммутатор 9 подключен к выходу1-го разряда регистра 10, а управляющий вход блока 8 равнозначности ивход счетчика 14 циклов через коммутатор 1 б - к выходу 1-го разрядарегистра 17,Счетчик 14 циклов, блок 11 нако;пления, оба регистра 10 и 17 сдвигаустановлены в начальное состояние,(схемы установки блоков устройствав начальное состояние на чертеже непоказаны, так как входят в составвышеперечисленных блоков коррелометра),На входы коррелометра поданы сигналы случайных процессов в зависимости от требований к виду вычисляемой в эксперименте корреляционнойФункции, При начале измерений напервый вход элейента И 13 подаетсяспомощью ключа 18 напряжение от источника 19 постоянного напряжения,открывающее элемент И 13 для проходаимпульсов от генератора 12 на счетный вход триггера 15.С приходом первого импульса опроса в момент временитриггер 15 перебрасывается в единичное состояние , т.е.,на его единичном выходе появляется потенциал 1. При появлении этого потенциала, подаваЕмого на управляющие входы 1 и 3, в последних происходит запоминание значения амплитуды случайных про- (О цессов в момент времени 1 , поданных на входи коррелометра.С приходом на счетный вход триггера 15 второго импульса опроса в момент времени 12=+4(6=1)5 ген где 1 э - частота генератора ймпульсов, триггер 15 возвращается в нулевое состояние, т.е. на его нулевом выходе появляется потенциал 1. При появлении этогО потенциала, подаваемого на управляющие 20 вхоДы блоков 2 и 4, происходит запоминание в них изготовленных значений случайных процессов, поданных в момент времени 12 на входы коррелометПосле этого в блоке 6 сравнения д происходит сравнение значения сигнала случайного процесса х(Т) или у(1) в момент времени 1 ,поданного на вход блока б сравнения через блок 5 переключения с выхода блока 2 либо с потенциалом нулевой шины, либо со значением сигнала, случайного процесса х(1) или у(1) в момент времени 1 , которые через блок 5 переключения поданы на другой вход блока б сравнения с нулевой шины с выхода блока 1 памяти в зависимости от вида .вычисляемой функции корреляции. В этот момент в блоке 6 сравнения происходит вычисление значений одного из четырех типов знаковых си гналов.1 2. -1 при Х(1 ) Окоторый соответствует знаку значенияамплитуды сигнала центрированногопроцесса х(1) в момент времени1который соответствует .знаку амплитуды сигнала центрировано ,случайного процесса х(1) в момент времени23(=1 пРи З(1)0который соотнетств.ет знаку приращения амплитуды сигнала случайного 40 процесса у(1) в момент времениг+при У(21-ъЩ 1 м81% 24(2) ( -1 при У (+2)-Ч(ь 1)сО (4)65 который соответствует знаку приращения амплитуды сигнала случайного процесса у(1) в момент нремени 1Вычисленный в блоке б сравнения знаковый сигнал, подается на один из сигнальных входов блока 8 равнозначности.Одновременно с этим в блоке 7 сравнения происходит сравнение значения амплитуды сигнала случайного процесса х(1) в момент времени поданного на один из входов блока 7 сравнения через блок 5 переключения с выхода блока 4, либо с потенциалом нулевой шины, либо со значением .амплитуды сигнала случайного процесса х в момент времени 1 , кото" рые через блок 5 переключенйя поданы на другой вход блока 7 сравнения или с выхода блока 3 в зависимости от вида вычисляемой функции корреляции. В этот момент в блоке 7 сравнения происходит вычисление значения знакового сигнала одного из двух типов , а именно+1 ппи Х(С )О,%".(2)=-1 прИ Х(Ф,)сОкоторый соответствует знаку значенияамплитуды сигнала центрированногослучайного процесса в момент времениЮР 2) " и Х(2) Х(1)1 О-1 пппб (Х( )-Х1;икоторый соответствует знаку приращения значения сигнала случайного процесса х(1) в момент времени Вычисленный знаковый сигнал с выхода блока 7 сраннения подается на сигнальный вход регистра 10 сднига,В этот же момент времени 1 разрешающий потенциал со второго входа триггера 15 поступает на управляющие входы регистров 10 и 17С приходом этого потенциала в младший разряд регистра 10 сдвига записывается эначенИе знакового сигнала, поданного на сигнальный. вход этого регистра с выхода блока 7 сравнзния, а в младший разряд регистра 17 сдвига записывается значение разрешающего потенциала, поданного на его сигнальный вход с выхода источника 19 постоянного напряжения. Если выход младшего разряда регистра 10 через коммутатор 9 подключен к сигнальному входу блока 8 равнозначности, а младший разряд регистра 17 сдвига через коммутатор 16 подключен.к упрвляющему входу блока 8 равнозначности, то на его сигнальном входе в момент времени й+1 (В фапвремя записи в младший разряд регистра 10 сдвига значения знакового сигнала с выхода блока 7 сравнения, причем д 1. 1 и появляется энапчение знакового сигйала, вычисляемого в момент времени 1 н блоке 7сравнения, а на управляющем входе блока равнозначности 8 в момент времени+ 3 цр появится разрешающий потенцйал (1 - время записи вЗап хмладший разряд второго сдвигового регистра 17 значения разрешающего потенциала). Для повышения стабильности выбрано (:Зр р р 1однако все равно соблюдено условйе. 1 С приходом на управляющий вход блока 8 равнозначности разрешающего потенциала в нем происходит вычисление одного из произведений знаковых сигналов, соответствующего моменту вреМени типа где Е (1 ) и Е ( ) - знаковые сиЭгналы одйого из описанныхвидов, получаемые в блоках б.и 7 сравнения соответственно; 3=1-4 - номер вида знакового сигнала, получаемого в блоке б сравнения; К=1-2 -номер вида знакового сигнала, получаемого в блоке 7 сравнения.Значение этого произведения заносится в один иэ счетчиков блока 11 накопления в зависимости от его знака.Одновременно с этим в счетчик числа произведенных вычислений заносится единица, что означает произведение вычисления значения корреляционной функции для момента времени С приходом третьего импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени т. =г. +1 он перебрасывается3 2в единичное состояние, на его единичном выходе появляется потенциал единицы, который подается на управляющие входы блока 1 и 3. Этот потенциал производит запоминание в 4 О блоках 1 и 3 значений случайных процессов, поданных в момент времени на входы коррелометра.С приходом четвертого импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени 4=1+2 Ь 1=+ Т, где= =2 д, повторяются операции, соответствующие моменту времени 1 ,а в счетчик 14 цикла заносится еще 1. При накоплении в счетчике 14 максимально возможного или наперед заданного, числа на его выходе появляется сигнал, который подается на третий вход элемента И 13 и управляющий вход блока 11 накопления. Этот сигнал запрещает прохождение через элемент И 13 на счетный вход триггера 15 импульсов опроса, а блок 11 накопления при этом переводится в Режим индикации, В результате вычислений в блоке накопления за определенный промежу ток времени накапливается значение нулевой ординаты определяемой корреляционной функции.В случае, когда ко второму сигнальному входу блока 8 равнозначности через коммутатор 9 подключен выход1-го разряда регистра 10 сдвига, ак управляющему входу блока 8 равнозначности через коммутатор 16 - выход 1-го разряда второго сдвиговогорегистра 17, коррелометр работаетследующим образом.С приходом второго импульса опроса ка счетный вход триггера 15 в момент времени 1+ 13 производитсязапись в младшйй разряд регистра 10сдвига значения знакового сигнала,ссответствующему моменту времениа к момент времени 1 1записьв младший разряд сдвигового регистра17 значения разрешающего потенциала.Однако на второй сигнальный и управляющий входы блока 8 равнозначности эти сигналы не подаются, таккак оки через коммутаторы 9 и 16 подключены к выходам 1-ых разрядов регистров 10 и 17 соответстзенко. Вычисление произведения знаковых сигналовз 13 п Е ( ) и з 1 уп Е (л) для момек 7 та временине производится, таккак управляющий вход блока 8 равнозначности с выхода 1-го разряда регистра 17 подан запрещающий потенциал,Счетчик 14 циклов остается в нулевом состоянии,С приходом третьего импульса опроса на счетный вход триггера 15 вмомент времени э ок перебрасываетсяв единичное состояние и на управляющие входы блоков 1 и 3 поступаетразрешающий потенциал. При этом вблоках 1 и 3 запоминаются значенияслучайных процессов, поданных на входы коррелометра, в момент временикоторые подаются на первый и третийвходы блока 5 переключения процессовсоответственно. С приходом четвертого импульса опроса ка счетный вход триггера 15 в момент времени 4 -- 2+7 он возвращается в нулевое состояние, При этом на управляющие входы блоков 2 и 4, а также регистров 10 и 17 подается разрешающий потенциал. В это время происходит выполнение операций;а) запоминание в блоках 2 и 4 значений случайных процессов, поданных на входы коррелометра, в момент времени 14, б) сравнение в блоках 6 и 7 сравнения значений случайных процессов, поданных в момент времени 14 на их входы и вычисление значений сигналов Е (4) и ЕК(14) соответственно моменту времениВ момент времени+ эс,р производится перенос значения эйакового сигнала, соответствующего моменту времени 1 из младшего разряда регистра 10 сдвига во второй разряд и запись в младший разряд - значения знакового сигнала, поданного с выхода блока 7 сравнения для момента вре- мениВ момент времени+проиэ 4 эапх водится перенос значения разрешающего потенциала из младшего разряда регистра 17 сдвига в его второй разряд с выхода блока 7 сравнения на сигналь 65 ный вход регистра 10. В момент времени+3 происходит сдвиг значеЗспния знакового сигнала, соответствующего моменту времени 1 , из (1-1)- го разряда регистра 10 в 1-ый разряд этого регистра, значения знакового сигнала для момента времени 4 иэ (1-2)-го разряда в (1- 1) и т.д. При этом в младший разряд регистра 10 записывается значение знакового сигйала с выхода второго блока 7 сравйения, соответствующего моменту вре 55ЬО мени 1., В момент времени 1 +г.3 дя происходит запись в 1-ый разряд регистра 17 сдвига значения раэрешаюи повторная запись в младший разряд значения разрешающего потенциала, поданного с выхода источника 19 постоянного напряжения.Вычисления произведения знаковых сигналов 2 : ) и Е,(1 а) для момента времени 1как и для момента времени 2 не производится , счетчик 14 остается в нулевомсостоянии, С приходом (2 1-1)-го импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени 1. . =1+ (2 - 1) д он перебрасывается в единичноесостояние 15 и на управляющих входах блоков 1 и 3 появляется разрешающий потенциал,При этом в них запоминаются значения амплитуд сигналов случайных процессов, поданных на входы корреломет ра, в момент времени 1 . ,подаваемое на соответствующие входй блока 5 Переключения. С приходом 2 1-го импульса опроса на счетный вход триггеРа 15 в момент вРемени 1=1 +д 1= 75+Ж он возвращается,в нулевое1состояние, При этом появляется разрешающий потенциал на управляющих входах блоков 2 и 4 и регистров 10 и 17. После чего в блоках 2 и 4 запоминается значение случайных процессов для момента времени, которые через блок 5 переключения подаются соответственно на вторые сигнальные входы блоков б и 7 сравнения. В блоках б и 7 сравнения происходит сравнение значений этих сигналов либо с потенциалом нулевой, либо со значениями случайных процессов для момента времени 1 , поданных на первые входы блоков б и 7 сравне ния через. блок 5 переключения либо с нулевойшины, либо с выходов . блоков 1 и 3 соответственно. При этом в блоках б и 7 сравнения вычисляется значения знаковых сигналов 45 Е(2) Едля момента времениЗнаковйй сигнал Е (,.) с выхода блока б сравнения йодается на первый сигнальный вход блока 8. равнозначности, а знаковый сигнал Е(1) щего потенциала из предыдущего (1-1) - го разряда, а в его младший разряд - с выхода источника 19 постоянного напряжения повторная запись разрешающего Потенциала. В момент времени+1;с, с выхода 1-го разряда регйстра 10 сдвига значение знакового сигнала для момента времени подается через коммутатор 9 на другой сигнальный вход блока 8 равнозначности, в момент времени 1. +1на его уп,равляющий вход поступает разрешающий потенциал с выхода 1-го разряда второго регистра 17 сдвига. С приходом этого потенциала в блоке 8 равнозначности производится вычисление произведения знаковых сигналов, равного2.;( .).Е( )=7. ( 2 д)(Поскольку время задержкипостояннои равно 7 =2 д,то на одном из выходовблока 8 равнозначности появляется сигнал, соответствующий знаку произведения знаковых сигналов Е (1 1) Е(1 ++1). Значение этого произведенйязаносится в зависимости от его знака в соответствующий счетчик блока11 накопленияОдновременно с этимзначение счетчика 14 циклов увеличивается на единицуС приходом (21+1)-го и 2(1+1)-гоимпульсов опроса в момент времени2(,) +апов блоке 8 равнозначностиопределяется значение произведениясигналов Е к(а) и Е у И.2(.+.)1= г, +(1+1)Г оттощи друг отдруга, как и два предыдущих, на время1 С . Значения произведения заноситсяв соответствующий счетчик блока 11накопления, а в счетчик 14 цикловвычислений заносится еще одна единица. Таким образом цикл повторяется.В тот момент, когда в счетчике 14циклов накоплено максимально возможное или наперед заданное число,определяющее время вычислений 1-ойординаты корреляционной функции,на его выходе появляется потенциал,запрещающий прохождение через элемент И 13 импульсов опроса и переводящий блок 11 накопления в режимвывода на индикацию результатов измерений 1-ой ординаты корреляционнойфункции.Результатом полного цикла измеренийявляется требуемое число ординат корреляционной функции, получЕнных заодинаковые промежутки времени.Использование новых элементовзапоминающих ячеек, регистров, сдвига, коммутаторов, счетчика циклов,ключа и источника постоянного напряжения, а также предлагаемая организация связей, отличает предлагаемый коррелометр от известного. Припростоте конструкции функциональныевозможности коррелометра расширены, 832564 12что дает возможность исследовать корреляционные зависимости не только амплитуд сигналов, но и приращений их амплитуд, что особенно важно при исследованиях сигналов с выходов электронных приборов при изучении воздействия на них внешник условий. Кроме этого, при определении корреляционных функций приращений амплитуд сигналЬв случайных процессов снимается требование к их центрированию, что важно при использовании знаковых коррелометров.Формула изобретенияЗнаковый коррелометр, содержащий блок переключения сигналон, два бло" ка сравнения, первый вход первого блока сравнения подключен к первому выходу первого коммутатора, а выход первого блока сравнения соединен с первым входом блока равнозначности, выход которого подключен к информационному входу блока накопления, ге-. нератор импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, триггер, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения оценок знаковых корреляционных функций приращений мгновенных значений исследуемых сигналов, в коррелометр введены четыре запоминающие ячейки, два регистра сдвига, счетчик циклов, нторой и третий коммутаторы, ключ, источник постоянного напряжения выход которого соединен со входом ключа, выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и со вторым входом злемента И, третий вход которого подключен к выходу счетчика циклов, выходэлемента И соединен со входом триггера, первый выход которого подключен к управляющим входам первого ивторого регистра сдвига и первой итретьей запоминающих ячеек, второйвыход триггера соединен с управляющими входами второй и четвертой запоминающих ячеек, информационныевходы первой и второй, третьей и четвертой запоминающих ячеек попарнообъединены и являются соответственнопервым и вторым входами коррелометра,выходы запоминающих ячеек подключенык соответствующим входам перногокоммутатора, второй выход которогосоединен со вторым нходом первогоблока сравнения, третий и четвертыйвыходы блока переключения подключены соответственно к первому и второ 20 му входам второго блока сравнения,выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига,выходы которого соединены с соответствующими входами второго коммута 25 тора, выход которого соединен со вторым входом блока равнозначности, управляющий вход которого объединен со входом счетчика циклов и подключен квыходу третьего коммутатора, входыкоторого соединены с соответствующимивыходами первого регистра, управляющийвход блока накопления соединен с выходом счетчика циклов.Источники информациипринятые но внимание при экспертизе1. Жоринский В.И. Архонский В.ф.Корреляционные устройства. М.,Энергия, 1974, с. 153.2. Авторское свидетельство СССРР 538368, кл. О 06 Р 15/34, 1975.832564 Жовинскийгунова СоставиТехред орректор С. Щома актор М. Ликовнц аж 745 Подписиарственного комитета СССРзобретений и открытий-35, Раушская наб., д, 4/5 3 38 Тир ИИПИ Госу по делам Москва, ак О Филиал ППП Патент 1, г. Ужгород, ул. Проектная,