Однородный спектро-коррелометр

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ оц 892339(22) Заявлено 280480 (21) 2916741/18-21 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет С 01 В 23/16 Государственный комитет СССР но дедам изобретений н открытий. 757 088. 8) 72) Авторьв изобретения В.И. Якименко и М.Б. Столбов 1) Заявите енинградский ордена Л институт им. В.И. ина электротехничльянова Ленина) 54) ОДНОРОДНЫЙ СПЕКТРО-КОРРЕЛОМЕТ 5 Изобретение относится к специализированным средствам измерительно" вычислительной техники, предназначенным для исследований вероятностных характеристик сигналов, использованию в устройствах распознавания, принятия решений, например, в радиофизике, океанологии и др, областях.Известен однородный анализатор, содержащий ряд вычислительных матриц, каждая из которых содержит две группы взвешивающих резисторов, последовательно соединенных в каждой матрице с формирователями знаков, ключами и регуляторами знаков, вы ходы ключей соединены со входом интегратора, по два выхода каждой вычислительной матрицы подключены к блоку элементов И, а к входам матриц через распределительный блок под ключен блок селекции, 1.Недостатки анализатора - большое количество пассивных элементов (весовых резисторов) для вычисления даже нескольких десятков ординат спектра, наличие двух регуляторов знака в каждой матрице, кроме того, аналоговые узлы входного преобразования и селекции сигнала увеличивают погрешности вычислений. 30 Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является однородный спектро-коррелометр дискретного принципа действия благодаря которому в блоках возможно изменение режимов анализа для вычисления или спектра или корреляционной функции.Спектро-коррелометр содержит вход ной блок, амплитудно-импульсный преобразователь и формирователь импульсной последовательности, включенный между блоком управления и Й регистрами сдвига И множительно-распределительных ячеек, последовательно соединенных через соответствующие ключи, вход каждого из И регистров сое" динен с М входами накопителя через последовательно соединенные элемент совпадения, ключевой умножитель и цепочку трех распределительных клю- чей, а генератор базисной функцииодключен к информационным входам лючевых умножителей 2.Существенным недостатком известного устройства является недостаточное быстродействие при анализе спектра - до нескольких сотен Гц вследствие уменьшения скорости формирования ординат спектра пропорциональ" но номеру вычисляемой ординаты.Цель изобретения - увеличение быстродействия анализа.Поставленная цель достигается тем, что в однородный спектро-коррелометр, содержащий амплитудно-импульсный преобразователь, связанный с выходами входного блока и генератора базисной функции, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами тактирующего блока последовательно соединенные И множительно-распределительных ячеек двух типов с И регистрами, первый вход первой множительно-распределительной ячейки первого типа подключен к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, вторые выходы И множитель- но"распределительных ячеек подключены к соответствующим И входам накопителя, третьи входы множительнораспределительных ячеек соединены с третьими выходами и третьими входами предыдущих ячеек, к первому входу множительно-распределительной ячейки первого типа подключен вход регистра, выход которого соединен с входом первого ключа, .первый выход которого соединен со входом регистра, а второй выход подключен к первому выходу ячейки первого типа, между вторым выходом и вторым входом которой включены последовательно соединенны. второй и третий ключи, между выходом второго ключа и третьим выходом ячейки первого типа включен четвертый ключ, а второй и третий выходы соединены через пятый ключ, причем в множительно-распределительных ячейках, второго типа второй выход соединен с третьим входом ячейки, дополнительно введены формирователв знака, счетчик выборок, счетчик циркуляций, блок опроса, элемент ИЛИ, причем первые И/4 множительно-распределительных ячеек являются ячейками первого типа с дополнительным элементом НЕ в каждой из них, между вторыми входами упомянутых ячеек и вторым выходом входного блока включен формирователь знака, первый вход множительно-распределительных ячеек первого типа соединен с управляющим входом второго ключа и первым входом элемента НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входом регистра и соответствующим выходом блока опроса, а выход элемента НЕ подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом блока опроса и входом счетчика циркуляций, который подключен к третьему выходу тактирующего блока, к четвертому выходу которого подключен второй управляющий вход блока опроса, а к первому выходу подключен, вход счетчика выборок, при этом первый и второй информационные входы блока опроса соеди-. нены соответственно с выходами счетчика выборок и счетчика циркуляцийФа общий выход - с управляющими входами регистров каждой множительнораспределительной ячейки первого ивторого типов, причем регистры вкаждой из ЗИ/4 множительно-распределительных ячеек второго типа соединены непосредственно между первымивходом и выходом ячеек, а управляю 1 р щий вход первых ключей этих ячеекподключен к входу регистров.Кроме того, блок опроса содержитдва счетчика тактов, формировательадреса, два регистра адреса, выходыкоторых через соответствующие дешифраторы подключены к управляющимвходам коммутатора, тактовый вход которого соединен с первым управляющим входом формирователя адреса,вторым управляющим входом блока оп роса и со вторыми тактовыми входамисчетчиков тактов, первые тактовыевходы которых соединены с первым уп-.равляющим входом блока опроса, а выходы счетчиков тактов соединены соот ветственно со вторым и третьим управляющими входами формирователя адреса, информационные входы которогоподключены соответственно к первомуи второму информационному входу блоЗр ка опроса, входы которого подключены к входам коммутатора, а выходыформирователя адреса подключены квходам соответствующих регистровадреса.На фиг. 1 изображена структурнаясхема однородного спектро-коррелометра фиг. 2 - циклы формирования произведений и наличия холостых тактовв циркуляцияхОднородный спектро-коррелометрсодержит входной блок 1, амплитудноимпульсный преобразователь 2, генератор 3 базисной функции, формирователь 4 знака, соединенные управляющими входами с соответствующими вы ходами тактирующего блока 5, множительно-распределительные ячейки би 7, вторые выходы которых подключеныко входам накопителя 8, управляющиевыходы множительно-распределительщ ных ячеек б соединены со входами элемента 9 ИЛИ, выход которого соединенс управляющим входом блока 1 О опроса, к информационным входам которого подключены соответственно счетчик11 выборок и счетчик 12 циркуляций,Множительно-распределительнаяячейка б содержит регистр 13, выходкоторого через первый выход ключа14 подключен к своему входу и к уп равляющим входам ключа 15 и элемента НЕ 16, выход которого являетсяуправляющим выходом ячейки б. Первый вход ячейки б соединен с входомрегистра 13, второй вход ячейки под ключен через ключи 15 и 17 ко второмуВычисление спектра начинается по первому тактовому импульсу с первого выхода фактирующего блока 5: во входном блоке 1 из сигнала х(1;) Формируется первый отсчет х(1 а), который запоминается на время а 1: и выходу ячейки б, причем, между выходом ключа 15 и третьим выходом множительно-распределительной ячейки б включен ключ 18, выход которого через ключ 19 подключен также ко второму выходу ячейки 6, управляющий вход которой соединен с управляющим входом регистра 13 и вторым входом элемента НЕ 16, а первый выход ячейки б соединен со вторым выходом ключа 14.Мнржительно-распределительная ячейка 7 содержит регистр 20, включенный между первыми входами и выходом ячейки, ключ 21, включенный между вторыми входом и выходом ячейки, и ключ 22, включенный между третьим входом и вторым выходом ячейки, при этом управляющий вход ключа 21 соединен с входом регистра 20.Блок 10 опроса состоит из счетчиков тактов 23-1 и 23-2, формирова теля 24 адреса, регистров адреса 25-1 и 25-2, последовательно соединенных с соответствующими дешифраторами 26-1 и 26-2, выходы которых подключены к управляющим входам коммутатора 27, тактовыйвход которого соединен с третьим управляющим входом формирователя 24 адреса, вторым управляющим входом блока 10 опроса и со вто-, рыми тактовыми входами счетчиков так- З 0 тов 23-1 и 23-2, первые тактовые входы которых соединены спервым управляющим входом блока 10 опроса, а выходы счетчиков тактов 23-1, 23-2 соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя 24 адреса, информационные входы которого подключены соответственно к первому и второму информационному входу блока 10 опроса, выходы которого подключены к выходам 40 коммутатора 27, а выходы формирователя 24 адреса подключены к входам соответствующих регистров 25 адреса.Однородный спектро-коррелометр работает следующим образом. 45Перед началом вычисления корреляционной функции от тактирующего блока. 5 поступают командные импульсы, устанавливающие генератор 3 базисной функции в отключенное состояние, 50 формирователь 4 знака в состояние ф+1(знак коэффициента передачи сигнала), в множительно-распределительных ячейках б ключ 14 установлен в положение, при котором выход регистра 13 подключен ко входу следующей ячейки б, ключи 18 и 19 закрыты, а управляющие входы всех регистров 13 и 20 ячеек б и 7 подключены к общему выходу коммутатора 27.Последовательность преобразований бО сигнала производится спектро-коррелометром в соответствии с алгоритмом Стильтьеса , исследуемые сигналы х(С) и у(1) подаются на входы входного блока 1, с первого выхода ко торого сигнал у (пЬ 1) в дискретнойформе поступает на информационныйвход амплитудно-импульсного преобразователя 2, а со второго входа - через формирователь 4 знака в непрерывной Форме поступает на второйвход одновременно всех множительнораспределительных ячеек б и 7.В амплитудно-импульсном преобразователе 2 в дискретные моменты времени ад амплитуды отсчетов сигналау(па) преобразуются в пачки короткихимпульсовп 1 с количеством импульсов, эквивалентным амплитуде соответствующего отсчета сигнала. Пачки импульсов Э поступают далее на первый вход множительно-распределительной ячейки 6-0 и через Регистр 13,ключ 14, подаются в следующие ячейки6-1,6-26- (И/4 - 1) и далее в последовательно соединенные регистры 20ячеек 7-1,7-27-3 И/4. По мере продвижения пачек импульсов в регистрах13 и 20 они одновременно поступаютна управляющие входы ключей.15 и 21,каждый короткий импульс Э из пачки .на короткое время открывает соответствующий ключ, осуществляя выборкуиз непрерывного сигнала х .Такая дельта-модуляция осуществляется одновременно во всех И множительно-распределительных ячейкахспектро-коррелометра, после чегоэти выборки поступают в накапливающие ячейки накопителя 8, формируя влних соответствующие ординаты й( аЛкорреляционной функции в реальноммасштабе времени,Далее осуцествляется вычислениеоценок спектра. Рассмотрим для наглядности процедуру фурье-преобразования х(с) - - Л(Е) .Исследуемый сигнал х(с) в этомслуЧае во входном блоке 1 подвергается предварительной обработке (ограничению по частоте, дискретизации,), после чего отсчеты сигналах(ц д), через формирователь 4 знака подаются на второй вход ячеек 6(Фиг. 2 а). На первый вход ячеек б(фиг. 1) перед началом обработки подается гармонический сигнал от генератора 3 базисной функции, который в виде пачек импульсов с выхода амплитудно-импульсного преобразователя 2 поступает по цепи регистр13 - ключ 14 - выход ячейки 6-0 идалее в ячейки 6-1,6-2,6(Б/4-1) . Последовательность - пачек4импульсов в регистрах 13 характеризует четверть периода основной частоты базисной функции (фиг. 2 б).через формирователь 4 знака приложен к входу ключей 15 каждой множитель- но-распределительной ячейки б. Одновременно с этим счетчик 11 выборок и счетчик 12 циркуляций начинает счет, формируя на своих выходах код, соответствующий номеру с 1-1 и 5 и-О, которые подаются на входы формирователя 24 адреса. Код полученного произведения а :с 1 ипересылается в регистр адреса 25-1, который через дешифратор 26-1 опре О деляет номер выхода коммутатора 27: при коде адреса а-ац тактовые импульсы поступают на управляющий вход регистра 13 логической ячейки 6-0, осуществляя циркуляцию пачки импуль сов 3 по кольцу выход регистра 13 ключ 14 - вход регистра 13Поступая также на управляющий вход ключа 15, импульсы Ло пачки подвергают дельтамодуляции отсчет 20 х(1д 1;) . Результат модуляции с вы,хода ключа 15 через открытые ключи 18 и 19 подается на первый вход накопителя 8.Одновременно импульсы Эр пачки подаются на первый вход элемента НЕ 16; на второй вход которого поступают тактовые импульсы. При окончании пачки импульсов Эо, на второй вход элемента НЕ 16 лостпит очередной тактоьый импульс, который ввиду ЗО отсутствия запрещающего импульса на первом входе, пройдет на выход элемента НЕ 16 и далее на элемент ИЛИ 9 с выхода которого подается на вход фСброс счетчика тактов 23-1 и 35 вход счетчика 12 циркуляций, устанавливая номер и.При ина выходе формирователя 24 адреса образуется код, характе" ризующий номер следующего опрашиваемого регистра 13 - ячейки 6-1, так как а" ц, и 1, т.е, в коммутаторе 27 открйвается выход 1, через который тактовые импульсы подаются на Управляюций вход регистра 13 ячейки 6-1.45Каждая из циркуляций пачек им(ИпУльсОВ Э при и 12 е4 1 Осу ществляется аналогично случаю и-О, но при этом количество импульсов в пачке не заполняет все ш ячеек регистров 13 (фиг. 2 б), вследствие чего после завершения циркуляции в соответствующем регистре еще требуется Р холостых тактов, чтобы установить пачку импульсов Зи в первоначальное состояние. Исключаются эти холостые затраты времени в данном спектро-коррелометре за счет использования элементов НЕ 16, Щ сигнализирующих о окончании циркуляции и за счет одновременного управления двумя регистрами с адресом а, (очередная циркуляция) и с адресом а 9,(и)(установка начального состояния пачки импульсов предыдущей циркуляции),Управление двумя регистрами осуществляется введением в устройство10 опроса двух счетчиков тактов 23,считающих такты сдвига пачек импульсов в указанных регистрах и двухцепей ,фрегистр адреса 25 - дешифратор 26, открывающих одновременнодва соответствующих выхода коммута-,тора 27 на эти интервалы времени,После окончания холостых тактов соответствующий счетчик 23 сбрасывается в начальное нулевое состояние,обнуляется соответствующий регистрадреса 25 и закрывается один из выходов коммутатора 27, в то времякак через другой продолжают поступатьтактовые импульсы до окончания этойциркуляции.Последовательность и циркуляцийй(в - регистрах 13) производится до4получения суммы результатов дельтамодуляции во всех Б ячейках накопиВтеля 8,причем распределение их по соответствующим ячейкам накопителя 8производится через .общую шину, соединяющую третьи входы множительнораспределительных ячеек 6 и 7, и соответствующие ключи 19 и 22, управляемые блоком 10 опроса (связи непоказаны как очевидные).При получении на выходе входногоблока 1 последующих отсчетов сигнала х(с 1 Ц или сд-,2,3И процедураобработки осуществляется аналогичнослучаю с 1-1, формируются адреса а 9,с интервалами ьа, кратными Ч; в соответствующих ячейках б производитсяциркуляция выборки 7(ц.и) и дельтамодуляция отсчета х(с 1 д 1), результаткоторой распределяется ключами 19 или22 на выходы Накопителя 8 с номерами и.После последней циркуляции с 1-И в .накопителе 8 Формируется сумма дельта-модулированных выборок, описываемаявыражениемМ Н 1 29 ущка хи)а.1 со- а ),)с Огде К - масштабный коэффициент шкалы частот;Ь 1 - шаг дискретизации входногосигнала;й 7 - шаг дискретизации базисныхфункций и результата вычислений (фиг. 2 б-г) 1К - номер перехода базиснойфункции через нулевой уровень, определяющий полярность сигнала с выхода формирователя знака.Вычисление спектра в однородномспектро-коррелометре предлагаемойструктуры производится значительнобыстрее и до более высоких частотсигнала благодаря записи в регистры13 отсчетов базисной Функции (в виде пачек импульсов), что позволяет сок-, ратить время информативными отсчетами и введению элементов НЕ, исключающему потерю времени на холостые такты при циркуляции отсчетов.Формула изобретения1. Однородный спектро-коррелометр, содержащий амплитудно-импульсный преобразователь, связанный с выходами входного блока и генератора базисной функции, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами тактирующего блока, последовательно соединенные И множительнораспределительных ячеек двух типов с И регистрами, первый вход первой множительно-распределительной ячейки первого типа подключен. к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, вторые выходы И множительно-распределительных ячеек подключены к соответствующим И входам накопителя, третьи входы множительно-распределительных ячеек соединены с третьими выходами и третьими входами предыдущих ячеек, к первому входу мнОжительно-распределительной ячейки первого типа подключен вход регистра, выход которого соединен с входом первого ключа, первый выход которого соединен со входом регистра, а второй выход подключен к первому выходу ячейки первого типа, между вторым выходом и вторым входом которой включены последовательно соединенные второй и третий ключи, между выходом второго ключа и третьим выходом ячейки первого. типа включен четвертый ключ, а второй и третий выходы соединены через пятый ключ, причем в множительно-распределительных ячейках второго типа второй выход соединен с третьим входом ячейки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия анализа, в спектро-коррелометр дополнительно введены Формирователь знака, счетчик выборок, счетчик циркуляций, блок опроса, элемент ИЛИ, причем первые Н/4 множительно-распределительных ячеек являются ячейками первого типа с дополнительным элементом НЕ в каждой из них, между вторыми вхо" дами упомянутых ячеек и вторым выходом входного блока включен формирователь знака, первый вход множительно-распределительных ячеек первого типа соединен с управляющимвходом второго ключа и первым входом элемента НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входомрегистра и соответствующим выходомблока опроса, а выход элемента НЕподключен к соответствующему входу.элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом бло"ка опроса и входом счетчика циркуляций, который подключен к третьемувыходу тактирующего блока, к четвер.тому выходу которого подключен второй управляющий вход блока опроса,а к первому выходу подключен входсчетчика выборок,при этом первый и15 второй информационные входы блока опроса соединены соответственно с выходами счетчика выборок и счетчика цир"куляций, а общий выход - с управляю"щими входами регистров каждой мнощ жительно-распределительной ячейкипервого и второго типов, причем регистры в каждой из ЗИ/4 множительнораспределительных ячеек второго типа соединены непосредственно междупервыми входом и выходом ячеек, ауправляющий вход первых ключей этихячеек подключен к входу регистров2. Спектро-коррелометр по и. 1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоблок опроса содержит два счетчикаЗО тактов, формирователь адреса, два регистра адреса, выходы которых черезсоответствующие дешифраторы подключены к управляющим входам коммутатора, тактовый вход которого соеди 35 нен с первым управляющим входом формирователя адреса, вторым управляющим входом блока опроса и со вторымитактовыми входами счетчиков тактов,первые тактовые входы которых соединены с первым управляющим входом блокаонроса,а выходы счетчиков тактов соединены соответственно со вторым итретьим управляющими входами формирователя адреса, информационные входыкоторого подключены соответственнок первому и второму информационномувходу блока опроса, входы которогоподключены к входам коммутатора,;а выходы формирователя адреса подключены к входам соответствующихрегистров адреса,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 651348, кл. С 06 Г 15/34, 1976.2. Авторское свидетельство СССРР 657368, кл. 6 01 й 23/16, 1976.892339 Составитель Г. Семеноваедактор Н. Пушненкова Техред Ж.Кастелевич Корректор О Била аказ 1124 13 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная Тираж 735НИИПИ Государствепо делам иэобретМосква, Ж, Ра Подписноеного комитета СССРний и открытийушская наб., д. 4/5