Цифровой коррелометр

.С.Демченкое объединении дрАвтомеляторы. И179. чески Энер во СССР 1980ете15 У 78 (про ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифро- вые преобразователи, информационные входы которых соответственно объединены с информационными входами третье го и четвертого аналого-цифровых пребразователей и являются соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единич.ным входом первого триггера и подключены к выходу первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразова" телей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти является выходом корреляционной функции коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединеныи являются входом начальной установкикоррелометра, выход первого триггерасоединен с первым входом первогоэлемента И, второй вход которогообъединен со счетным входом первогосчетчика запуска группы и подключен квыходу генератора тактовых импульсов,выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второгоэлемента И и счетным входом второгосчетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входомтретьего счетчика запуска группы иединичным входом второго триггера,выход которого соединен с вторымвходом второго элемента И, разрядныевыходы третьего счетчика запускагруппы. соединены с первой группойвходов блока сравнения, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами переключателейгруппы, входы которых являются соответственно входами задания кодовпересчета коррелометра, выход блокасравнения соединен с входами начальной установки счетчиков запуска группы и являются выходом конца циклакоррелометра, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повыщения точностиработы коррелометра, в него введеныгруппа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход запуска которого подключенк выходу блока сравнения, а разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первой группойвходов второго сумматора, втораягруппа входов которого подключенасоответственно к разрядным выходам111 ЗБО ка группы. третьего счетчика запуска г руппы,выходы второго сумматора соединенысоответственно с первыми входамиэлементов И"НЕ группы, вторые входыГкоторых являются входом управления Изобретение относится к цифровой электроиэмерительной технике и предназначено для оперативного определения корреляционных функций (Кф) высокочастотных случайных процессов.Известны многоканальные цифровые коррелометры, использующие для определения КФ высокочастотных .случайных процессов некоррелированную выборку, например коррелометр, содержащий аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с регистрами сомножителей, блок умножения, сумматор, блок памяти и блок синхронизации 1.Недостатком устройства при обработке высокочастотных процессов является возможность появления погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составляющими, так как выборка пар отсчетов с одинаковым временным сдвигом производится с постоянным шагом где аТм- максимальный интервал корреляции,Т - длительность такта о вычислений. Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является коррелометр, содержащий АЦП, блок умножения, сумматор, блок памяти, генератор тактовых импульсов и схему пуска 21 Недостаток устройства - выборка с постоянным шагом, в данном случае равным длительности цикла вычислений, что приводит к погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составляющими. Цель изобретения - повышение гочности за счет уменьшения погрешности синхронности. залиГи информации коррелометра Рыходы элементов И-НЕ группы соединенысоответственно с группой информационных входов первого счетчика запусУказанная цель достигается тем,что в цифровой коррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровыепреобразователи, информационные вхо ды которых соответственно объединеныс информационными входами третьего ичетвертого аналого-цифровых преобразователей и являются соответственнопервым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналогоцифровых преобразователей соединеныс соответствующими входами блокаумножения, управляющие входы первогои второго аналого-цифровых преобра зователей объединены с единичнымвходом первого триггера и подключенык выходу первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертогоаналого-цифровых преобразователейобъединены и подключены к выходувторого элемента И, выход блока умно.жения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которогоподключен к выходу блока памяти,вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памятиявляется выходом корреляционной функции,коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединеныи являются входом начальной установкикоррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объе, динен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго 40 элемента И и счетным входом второгосчетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным входом второго триггера, выход 5 которого соединен с вторым входом06 4 3 11138 второго элемента И, разрядные выходы третьего счетчика запуска группы соединены с первой группой входов блока сравнения, вторая группа вхд- дов которого соединена соответственно с выходами переключателей группы, входы которых являются соответственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока сравнения соединен с входами начальной уста О новки счетчиков запуска группы и являются выходом конца цикла коррело метра, введены группа элементов И-НЕ. второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход которого под ключен к выходу блока сравнения, а разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого подклю чена соответственно к разрядным выходам третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые 25 входы которых являются входом управления записи информации коррелометра, выходы элементов И-НЕ группы соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика 30 запуска группы.На фиг. 1 приведена блок-схема коррелометра; на фиг. 2 - блок-схема генератора псевдослучайных сигналов; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы устройства.Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1-4, блок 5 умножения, первый сумматор 6, блок 7 памяти, группу 8 счетчиков 4 О запуска, состоящую из первого 9, второго 10 и третьего 11 счетчиков запуска, первый 12 и второй 13 триггеры, первый 14 и второй 15 элементы И, генератор 16 тактовых импульсов 45 (ГТИ), вход начальной установки коррелометра 17, группу элементов И-НЕ, 18, второй сумматор 19, блок 20 сравнения, генератор 21 псевдослучайных чисел (ГПСЧ), группу 22 переключателей, выход конца цикла 23 коррелометра. На фиг. 2 изображена функциональная схема ГПСЧ 2 1, состоящая из сдви" гающих регистров 25 и 26 с обратной 55 связью, содержащей сумматор по модулю два (два элемента НЕ 28 и 29 и схему И-ИЛИ-НЕ 27). На фиг. 3 изображены временные диаграммы запуска АЦП 1-4, при этом пуск начального частного цикла АЦП 1,2 изображен на фиг. За, а со сдвигом АцП 3,4 в на фиг; 3 б (генератор псевдослучайных чисел не включен).На фиг. 4 изображены временные диаграммы запуска,АЦП 1-4 с включенным ГПСЧ; на фиг. Ъц - запуск АЦП 1,2 - в начале частного цикла; на фиг. 4 б - запуск АЦП 3,4 со сдвигом. Информационные входы первгои второго 2, третьего 3 и четвертого 4 АЦП попарно соединены и являются первым и вторым входами коррелометра соответственно. Выходы АЦП 1-4 соединены с входами блока 5 умножения, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 6. Выход блока 7 памяти соединен с вторым вхо дом первого сумматора 6, а вход - с выходом первого сумматора 6. Управляющие входы АЦПц 1 и 2 соединены с единичным входом триггера 12 и подключены к выходу первого элемента И 14. Управляющие входы АЦП 3 и 4 объединены и подключены к выходу второго элемента И 15. Нулевые входы первого 12 и второго 13 триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометров, выход . первого триггера 12 соединен с первым входом первого элемента И 14.Вход элемента И 14 подсоединен к счетному входу первого счетчика 9 запуска группы 8, выход которого подключен к другому входу второго элемента И 15 и к счетному входу второго счетчика 10 запуска группы. Выход счетчика 10 запуска группы подключен к единичному входу второго триггера 13 и счетному входу третьего счетчика 11 запуска группы. Разрядные выходы третьего счетчика 11 запуска группы соединены с первыми входами второго сумматора 19 через шину 24 и первой группой входов блока 20 сравнения, вторая группа входов которого подключена к выходам группы 22 переключателей. Выход блока 20 сравнения подключен к входам начальной установки счетчиков запуска группы 8 и является выходом конца цикла коррелометра, а также подключен к входу запуска ГПСЧ 21, разрядные выходы которого подключены к второй группе входов второго сумматора 19, входы которого подключены к первым входам20 40ГПСЧ 21 построен по традиционной, схеме на основе регистров сдвига 25 и 26 с обратной связью, содержащей сумматор по модулю два 27, 28; 29, Разрядность чисел, формируемых ГПСЧ 21, равна разрядности числа о. Состояние регистра сдвига меняется по команде "Конец цикла" 23, поступающей с выхода блока 20. Второй сумматор 19 суммирует коды чисел, поступающих на него с третьей группы разрядов 11 многорядгого счетчика 8 и с ГПСЧ 21. Сумма с выхода второго сумматора 19 подается на группу элементов И-НЕ 18, с выходов которого по команде, поступающей на второй вход группы элементов И-НЕ 18, заносится в обратном коде в первый группы элементов И-НЕ 18, вторые входы которых являются входом управления записи информации коррелометра, Выходы группы элементов И-НЕ соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика 9 запуска группы.С помощью группы 22 переключателей задаются коды в виде высоких и низких потенциальных уровней, Первая группа 9 разрядов многоразрядного счетчика 8 производит пересчет тактовых импульсов, поступающих от генератора 16, на величину о, определяемую отношением времени Т обработки сомножителей (в течение каждого такта вычислений) к шагу задержки Л. Вторая группа разрядов 10 счетчика 8 производит пересчет импульсов, поступающих на нее из первой группы 9, на величину ш. Произведение Чш=ш, где ш - число определяемых ординат. КФ,Блок 20 сравнения кодов сравнивает коды, поступающие на него с разрядных выходов третьего счетчика 11 запуска группы 8 и с группы 22 переключателей, Перед началом работы в группе 22 переключателей устанавливается число о, равное коэффициенту пересчета первого счетчика 9 запуска 30 группы 8, После того как в третий счетчик 11 запуска группы 8 поступит из второго счетчика 10 запуска ош импульсов, блок 20 сравнения вырабатывает команду "Конец цикла", котораяЗ 5 обнуляет счетчики запуска группы 8. Таким образом, коэффициент пересчета третьего счетчика 11 запуска получается равным а. счетчик 9 запуска группы 8 в начале каждого частного цикла вычислений.Порядок вычисления КФ обрабатываемых процессов циклический. Каждый цикл вычислений состоит из ш тактов, во время которых вычисляются произведения отсчетов с определенным временным сдвигом. Всего за цикл вычисляется полный набор произведений для всех значений временного сдвига, Полученные произведения добавляются в блоке 7 памяти к частичным суммам произведений с соответствующими временными сдвигами, полученными в предыдущих циклах вычислений.Перед началом работы определяется параметр алгоритма вычислений, равный ближайшему верхнему двоичному числу от отношения То(С Число вводится в группу 22 переключателей, Коэффициенты первого пересчета и второго 10 счетчиков запуска группы 8 устанавливаются равными о и ш =ш/Ч соответственно. Процесс определения в течение цикла вычислений состоит изчастных циклов. В течение каждого частного цикла АЦП 1,2 запускается с выхода первого элемента И 14 один раз (в начале частного цикла). АЦП-3,4 запускается ш раз с интервалом Чдь с выхода второго элемента И 15.Работу коррелометра в течение 1-го цикла вычислений удобно рассмот реть сначала для случая, когда генератор 21 псевдослучайных чисел отключен (см. фиг. За,б) от второго сумматора 19 и на выходе сумматора 19 повторяется число, находящееся в третьем счетчике 11 запуска группы 8, Временные диаграммы запуска АЦП 1-4 для этого случая приведены на фиг. 3.Перед началом М-го цикла триггеры 12 и 13 установлены в "1", на элемен ты И 14 и 15 подан запрещающий потенциал соответственно с выходов триггеров 12 и 13. Второй 1 О и третий 11 счетчики запуска группы 8 обнулены командой Конец цикла" в конце предыдущего (М) цикла вычислений, В первом счетчике запуска установлен код, обратный нулевому. В начале первого частного цикла по команде "Установить 0" (начало частного цикла) триггеры 12 и 13 устанавливаются в нуль, при этом на элементы И 14 и 15 подается разрешающий потенциал. Затем на соответствующий вход элемента И 14 и счетный вход первого счетчика 920 ные циклы. В общем случае первый запуск АЦП 3,4 сдвинут относительно запуска АЦП 1,2 на К где К 1 принимает .последовательно значения К 1,ф 1+1 фо 1 фОф 1 фК,-1, По окойчании последнего частного цикла блок 20 сравнения формирует команду "Конец цикла", по второй группе счетчиков запуска 8 сбрасывается в "О" а в ГПСЧ 21 устанавливается1 Ос очередное псевдослучайное число К 1 + 1. которое будет использовано для 1 формирования сдвигов между отсчетами в следующем цикле вычислений.В И 1)-м цикле вычислений в нача 15 ле каждого частного цикла запуск АЦП 3,4 относительно запуска АЦПо 1,2 сдвинут на интервал К 1 ЬГ, где К,1 последовательно принимает значения СКчи К,1+1(-1; О; 1;сК -1. Таким образом, генератор 211+апсевдослучайных чисел задает в каждом цикле начальную фазу последовательности дискретизации отсчетов,25 которая меняется от цикла,к циклу случайным образом. 1 ОВременные диаграммы запуска АЦП при случайном характере выборки приведены на фиг, 4 а,б. Диаграммы соответствуют соотношению параметров алгоритма, при которых полный цикл вычислений содержит 8 частных циклов, а длина последовательности псевдослучайных чисел равна 7. На диаграммах фиг, 3 и 4 частные циклы пронумерованы от О до 7 в соответствии со сдвигом запуска АЦП относительно запуска АЦПо в начале каждого частного цикла. Процедура вычисления дискретных отсчетов аналогична описанной.Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит устранить погрешность синхронности при измерении высокочастотных процессов без увеличения времени измерения, так как в подциклах измерения выборка сигналов осуществляется по случайному закону, без введения случайных интервалов, как в прототипе между подциклами измерения, которое увеличивает общее время измерения.1113806 юисмеюи ислыигфИ Составитель А, ИвановаТехред С,Легеза ектор М. Шаров едакто каз 6620 40 Тираж 69 одписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/ ЕП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектна Филиал 012 Ю Ф 5 б 7 01 ГЗ Ф 5 6 7 01