Коррелометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11) зш С 06 Е 15/336 ИСАНИЕ ИЗОБРЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЕНИ ьь и вычислиской ССР идетельство СССР15/336, 1974. етельство СССР 15/336, 1.981. Оценка параметигналов при от- едней частоте матика и вычисли га, 1981, В 1,ои 1 д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ(71) Институт электроникительной техники АН Латвий(56) 1, Авторское свВ 588368, кл. С 06 Р2, Авторское свидУ 88.1762, кл. С 06 Р3. Иикелсон А. К,ров широкополосных сносительно низк " срдискретизации. тотельная техника", Рис. 90-94.(54) (57) КОРРЕЛОМЕТР, содержащийблок согласования, вход которого является информационным входом коррело-.метра, а выход соединен с первыминформационным входом блока компараторов, второй информационный входкоторого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, вход ко-торого объединен с первым информационным входом арифметического блокаи подключен к выходу первого генератора псевдослучайных чисел, выходыблока компараторов и второго генератора псввдослучайных чисел соединены соответственно с вторым итретьим информационными входами арифметического блока, выход которого соединен с первым информационным входомблока накопления, выход которого является выходом коррелометра, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения разрешаемой способности коррелометра, в него введены блок постоянной памяти, блок сравнения, первый и второй сумматоры, первый и второй счетчики, формирователь стохастического потока импульсов, содержащий регистр, генератор псевдослучайных чисел, коммутатор, первый и второй счетчики, тактовые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам коммутатора, первый управляющий вход которого объединен с тактовым входом генератора псевдослучайных чисел, формирователя стохастического потока импульсов и подключен к выходу первого счетчика формирователя стохас- .тического потока импульсов, второй управляющий вход коммутатора соединен с входом начальной установки и выходом второго счетчика формирователя стохастического потока импуль- . сов, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам генератора псевдослучайных чи" сел формирователя стохастического потока импульсов, входы начальнойустановки которого подключены к соответствующим выходам регистра, причем разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел формирователя стохастического потока импульсов являются выходом параллельного кода формирователя и соединены с первымвходам первого сумматора, информационный вход коммутатора является входом формирователя и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход второго счетчика формирователя стохастического потока импульсов является импульсным выходом формирователя и соединен с тактовыми вхо"1091173 дами первого и второго генераторовпсевдослучайных чисел, блока компараторов и первого счетчика, выход которого подключен к второму информационному входу блока накопления,вход начальной установки первого счетчика объединен с тактовымвходом второго счетчика и подключенк выходу переноса второго сумматора,разрядные выходы которого соединены с адресным входом блока постоянной памяти, вход второго сумматора подключен к выходу первого сумматора, второй вход которого объединен с адресным входом блока накопления и подключен к выходу второгосчетчика, выход блока постояннойпамяти соединен с первым входомблока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго гене-,ратора псевдослучайных чисел, выходблока сравнения соединен с четвертым информационным входом арифметического блока.Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для обработки информацииспециального назначения и можетбыть использовано в различных областях науки и техники.Разрешающая способность существующих цифровых коррелометров повремени методически ограниченабыстродействием используемой элементной базы, что не позволяет испольэовать эти приборы для анализа широкополосных сигналовИзвестен многоканальный знаковыйкоррелометр, содержащий блок переключения процессов, два блокасравнения, генератор случайного сигнала, генератор импульсов, блок равнозначности и распределения, блок накопления, блок формирования нулевойординаты, элемент ИЛИ, два элемен-,та И и триггер управления 11,Коррелометр обладает низкой разрешающей способностью по времени и имеет низкую точность вследствие больших статистических погрешностей, обусловленных принципом квантования входных сигналов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Коррелометр, содержащий генератор тактовых импульсов , два блокасогласования, два блока компараторов два генератора псевдослучайныхЭ35 чисел, два цифроаналоговых преобразователя, блок задержки;, блок накопления, а также три сумматора, три блока умножения, блок постоянной памяти, образующие и совокупности арифметическое устройство 2Коррелометр реализует метод измерения корреляционной функции на основании стохастического квантования второго рода и периодической дискретизации входных сигналов и имеет достаточно высокую точность. Однако период дискретизации определяет разрешающую способность коррелометра по времени, который не может быть меньше времени установления цифроаналоговых преобразователей и блоков компараторов, что ограничивает частотный диапазон обрабатываемого сигнала,Цель изобретения- повышение разрешающей способности коррелометра.Указанная цель достигается тем, что в коррелометр, содержащий блок согласования, вход которого является информационным входом коррелометра,а выход соединен с первым инФормационным входом блока компараторов, второй информационный вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, вход которого объединен с первым информационным входом арифметического блока и подключен к выходу первого генератора псевдослучайных чисел,выходы блока компараторов и второго генератора псевдослучайных чисел соединены соответственно с вторым и третьик информационными входами арифметического блока, выход которого соединен с первым информационным входом блока накопления, выход котороз091 го является выходом коррелометра, введены блок постоянной памяти, блок сравнения, первый и второй сумматоры первый и второй счетчики, формирователь стохастического потока им 5 пульсов, содержащий регистр, генератор псевдослучайных чисел, коммутатор, первый и второй счетчики, тактовые входы которых соответственно подключены к первому и второму выходам коммутатора, первый управляющий вход которого объединен с тактовым входом генератора псевдослучайных чисел формирователя стохастического потока импульсов и подключен к выходу первого счетчика формирователя стохастического потока импульсов, второй управляющий вход коммутатора соединен с входом. начальной установки и выходом второго20 счетчика формирователя стохастического потока импульсов, второй управляющий вход коммутатора соединен с входом начальной установки и выходом второго счетчика формирователя стохастиче-. ского потока импульсов, информационные входы которого подключены к соответствующим разрядным выходам генератора псевдослучайных чисел формирователя стохастического потока импульсов, входы начальной установки которого подключены к соответствующим выходам регистра, причем разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел формирователя сто. - . хастического потока импульсов явля ются выходом параллельного кода Формирователя и соединены с первым входом первого сумматора, информационный вход коммутатора является входом формирователя и подключен к 40 выходу генератора тактовых импульсов, выход второго счетчика формирователя стохастического потока импульсов является импульсным выходом формирователя и соединен с так товыми входами первого и второго генераторов псевдослучайных чисел, блока компараторов и первого счетчика, выход которого подключен к второму информационному входу блока на когпения, вход начальной установки первого счетчика объединен с тактовым входом второго счетчика и подключен к выходу переноса второго сумматора,разрядные выходы которого сое динены с адресным входом блока постоянной памяти, вход второго сумматора подключен к выходу первого сумма 173 4 тора, второй вход которого объединен с адресным входом блока накопления н подключен к выходу второго счетчика, выход блока постоянной памяти соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго генератора псевдослучайных чисел, выход блока сравнения соединен с четвертым информационным входом арифметического блока,Принцип действия предлагаемого коррелометра обеспечивает устранение эффекта наложения высокочастотных составляющих исследуемого сигнала, накладывающего ограничения при реализации известного метода представления корреляционных функций посредством цифровых отсчетов этих функций, определенных через постоянные интервалы времени. Использование в качестве дискретизирующего потока стохастического потока с малой дискретностью позволяет на порядок увеличить разрешающую способность кор. релометра и расширить область анализа и диапазон высоких частот при относительно низкой средней частоте цискретизацин исследуемого сигнала. На фиг.1 приведена блок-схема коррелометра; на фиг.2 - структура формирователя стохастического потока импульсов; на фнг.3 - структура арифметического блока; на фиг.4 - структура блока накопления.Коррелометр содержит (фиг.1) блок 1 согласования, вход которого является входом коррелометра и выход подключен к первому входу блока 2 компараторов. Второй вход блока 2 компараторов через цифроаналоговый преобразователь 3 соединен с выходом первого генератора 4 псевдослучайных чисел . Выход первого генератора 4 псевдослучайных чисел, а также выходы блока 2 компараторов и второго генератора 5 псевдослучайных чисел соединен соответствующими информационными входами арифметического блока б, выход которого подключен к первому информационному входу блока 7 накопления. Выход блока 8 пос-, тоянной памяти .соединен с первым входом блока 9 сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго генератора 5 псевдослучайных чисел. Выход блока 9 сравнения подключен к оответствующему информационному вхо 1091173ду арифметического блока 6, Выход генератора 10 тактовых импульсов соединен с входом формирователя 11стохастического потока импульсов. Импульсный выход формирователя 11 5стахастического потока импульсов подключен к тактовым выходам генераторов 4 и 5 псевдослучайных чисел блока 2 компараторов и первого счетО чика 12, а выход параллельного кода соединен с первым входом сумматора 13, Второй вход сумматора13 и адресный вход блока 7 накопления подключены к выходу второго счетчика 4, Выход сумматора 13 соеди 15 нен с входом накапливающего сумматора15, соединенного выходом переноса с входом начальной установки первого счетчика 12 и тактовым нходом второго счетчика 14, а другими выходами20 с адресным входом блока 8 постоянной памяти. Выход первого счетчика 12 подключен к второму информационному входу блока 7 накопления.25Формирователь 11 стохастического потока импульсов содержит (фиг,2) регистр 16, выходы которого соединены с установочными входами генератора 17 псевдослучайных чисел, ныхо 30 ды генератора 17 псевдослучайных чисел являются выходом параллельного кода формирователя стохастического потока импульсов 11 и соединены с соответствующими информационными входами первого счетчика 18. Выход одного из счетчиков 18 (вычитающего) подключен к собственному входу начальной установки и соответствующему управляющему входу коммутатора 19,40 один иэ выходов которого соединен с тактовым входом другого счетчика 20. Выход счетчика 20 подключен к тактовому входу генератора 17 псевдослучай ных чисел и другому управляющему45 входу коммутатора 19. Другой выход коммутатора 9 соединен с тактовым входом вычитания первого счетчика 18, выход которого является импульсным выходом Формирователя.Арифметический блок 6 (фиг.3) содержит элемент 21 постоянной памяти, в котором записан код величины 1/2, первый и второй 22 и 23 сумматоры, первый, второй и третий узлы 24-26 умножения, третий сумматор 27. Иервые входы сумматоров 22 и 23 объединены и подключены к выходу элемента 21 постоянной памяти. Второйвход сумматора 23 является первым информационным входом блока, выходы сумматоров 22 и 23 соответственно соединены с первыми входами узлов 24 и 25 умножения, второй нход узла 25 умножения объединен с первым входом узла 26 умножения и является вторым информационным входом блока, второй вход узла 24 умножения соединен с вторым входом узла 26 умножения, выход узла 26 умножения соединен с первым входом сумматора 27, второй и третий входы которого подключены к выходам узлов 24 и 25 умножения соответственно выход сумматора 27 является выходом блока. Второй вход сумматора 22 является третьим инФормационным входом блока, нторой вход узла 26 умножения является четвертым информационным входом блока.Блок 7 накопления содержит сумматор 28, узел 29 деления и элемент 30 памяти . Вход сумматора 28 является инФормационным входом блока, выход сумматора 28 соединен с входом узла 29 деления, выход которого соединен с информационным входомэлемента 27 памяти, адресный вход которого является адресным входом блока. Выход элемента 27 памяти является выходом блока.Остальные блоки являются общеизвестными и пояснений не требуют.Коррелометр оценку каждой точки корреляционной Функции исследуемого сигнада х(С) и опорного сигнала у(а),многоразрядные числовые отсчеты которого записаны в блоке 8 по-. стоянной памяти, определяет по алгоритму. (0 ф+,1А Кр(1 111= К(1 "ЛК ккккцк 1 где (М +.,)аС - Е-й стохастическийинтервал времени; А - объем запоминающегоустройства 8; М - количество реализа. ций опорного сигнала у(а), используемых для вычисления одной точки коррелограммы;хкф 1 к 7 1091 выходные сигналы генераторов псевдослучайных чисел 4 и 5 в Е-й момент дискретизации;ыходные сигналы блока 2 компараторов и блока 9 сравнения в к-и момент дискретизации; с - половина диапазона изменения сигна- ла; 1 - количество точечных оценок, используемых для вычисления одной точки коррелограммы; в еЦ - целая часть и е. . ( МХ к.принимает толь:0,19 ъ В й .ко целочисленные значения и в правой части выражения (1) присутствует в неявном виде через результат сравнения и Исследуемый сигнал х(С) центрируется,приводится к требуемому масштабу -ц,ц в блоке 1 согласования 30 и поступает на первый вход блока 2 компараторов, на второй вход которого от генератора 4 псевдослучайных чисел подаются равномерно распределенные псевдослучайные числа ; б О,1, З 5 преобразованные цифроаналоговым преобразователем 3, Стохастическое квантование проводится одновременно в диапазонах 1 -ц,о 1 и 1 о,ц 1, т.е. блок 2 компараторов содержит два 40 компаратора, Положительные значения сигнала х(Г) сравниваются с опорными уровнями Щ , а отрицательныекфзначения - с уровнями Ч( -1). Результат сравнения входного сигнала 45 х(г.) с псевдослучайным уровнем в К-й момент дискретизации определяется по правилуесли х(с )1и = О, если цх(й) я(;1) 50-1, если х(г.) с Ч(к) (2) Стохастическое квантование опорногосигнала у(С)60,2 многоразрядные цифровые отсчеты которого записаны в блоке 8 постоянной памяти провоУ дится в цифровом виде. Блок 9 сравнения содержит два компаратора кодов, Еод у(ак) сравнивается с кодом73 87 Е 0,13 на одном компараторе и с кодом ( к -1) на другом, Результат сравнения пу в Е-ый момент дискретизации определяется как 1, если у (а к) (к+1)и = О, если (7 +1 у (ак ) 7 (3)к ф-1, если у(ак)7Моменты дискретизации определяютсяформирователем 11 стохастическогопотока импульсов. где Ск момент времени окончанияЕ-го псевдослучайного интервала времени и генерацииК-го дискретизирующего импульса;тактовый интервал времени;частота следования тактовыхимпульсов;модуль счетчика 20, определяющий постоянную компоненту ь-,т псевдослучайного интервала времени, так называемое "мертвое время" генерации, введенное с,учетом "мертвого времени" блоков 2,3,6; Формирователь 11 стохастическогопотока импульсов создает поток дискретизации, который является стохастическим; описывается моделью потокас накоплением дисперсии; имеет заданное "мертвое время" генерации, в течение которого невозможно появлениедискретизирующего импульса, что необходимо для согласования малойдискретности формируемого потока с относительно невысоким быстродействиемцифроаналогового преобразователя 3,блока 2 компараторов и арифметического блока 6,Формирователь 11 производит генерацию последовательности псевдослучайных чисел и последующее преобразование их в псевдослучайные временныеинтервалы, в момент окончания которых формируется импульс дискретизации. При этом формируемые псевдослучайные временные интенвалы являютсядискретными и содержат две компоненты - детерминированную и псевдослучайную. Для реализации модели потокас накоплением дисперсии формированиепсевдослучайных временных интерваловпроизводится по реккуррентному алгоритму9 10913 псевдослучайное число, ис.1польа уемое для формированияЕ-го псевдослучайного интервала времени,Так как дискретизация исследуемого сигнала х(С) проводится в реальном масштабе времени в соответствии с выражением (4), а опорный сигнал у(й) в проквантоваииом и в продискретиэированном с частотой Й и р- вида записан О в блоке 8 постоянной памяти, объем которого ограничен величиной А, то связь между аргументами функций х(с) и у(а) составляетсиг.Ю где- К-й момент дискретизациикс ЕМ 1 нала к(а),ааа - арруиант корралкщюной функции. Сумма первых двух слагаемых в выражении (5) означает суммирование,15по модулю А числовх эквивалентов, формируемых временных интервалов, Формирование текущего адреса осуществг,.,ется сококупностью счетчика 14, сумматора 13 и накапливающего сумма- Зотора 15. На первый вход сумматора 13с выхода параллельного кода формирователя 1 стохастического потока импульсов поступает код псевдослучайной компоненты Х. Формируемого вре-З 5 менного интервала. На второй вход сумматора 13 с выхода счетчика 14 поступает код детерминированной компоненты М, занесенной в счетчик 14 перед началом измерений. Таким обра- Р 4 О зом на вход накапливающего сумматора 15 поступает числовой эквивалент М +х 1 сформированиого временного интервала (М +.,)с . Накапливающий сумматор 15 обеспечивает суммирование по модулю А числовых эквивалентов сформированных временных интервалов, образуя текущий адрес ах у соответствующий моменту дискретизации С исследуемого сигнала х(й), 5 О На выходе переноса накапливающего сумматора 15 формируются сигналы переполнения, которые подсчитываются счетчиком 14. Отношение объема на- капливающего сумматора 15 к величи не А определяет количество реализаций Б опорного сигнала у(а),используемых для вычисления одной точки П 3 10корреляционной функции. Появление сигнала переноса на выходе накапливающего сумматора 15 увеличивает на единицу содержимое счетчика 14, что означает задание следующего аргумента корреляционной функции. Так как дискретиэирующий поток импульсов является стохастическим, то на одно и тоже число реализаций Н выпадает различное число импульсов дискретизации. Для подсчета числа усредненийотдельных точек коррелограммы счетчик 12 подсчитывает число импульсов дискретизации между сигналами переноса накапливающего сумматора 15, которые обнуляют содержимое счетчика 12,Выходные сигналы блока 2 компаратс ов и первого генератора 4 псевххдослучайных чиселвторого генератора 5 ннсевдослучайных чиселЦк и блока 9 сравнения п,1 х поступают на соответствующие входы арифметического блока 6, где обрабатываются в соответствии с выражением в фигурных скобках алгоритма. Вычисленные точечные оценки корреляционной функции поступают в блок 7 накопления, в котором они суммируются для каждого аргумента дС корреляционной функции, а затем усредняются с учетом значений 3 р поступающих с выхода счетчика 12, и запоминаются. Следует отметить, что в блоке 1 накопления деление производится после окончания измерения, поэтому быстродействия коррелометра не снижает.СФормирование стохастического пото-ка импульсов осуществляется следующим образом. Тактовые импульсы высокой частоты, значение которой определяется быстродействием коммутатора 19, счетчиков 18 и 20 (при построении этих блоков на микросхемах 100 серии тактовая частота равна 100 мГц)р с выхода генератора тактовых импульсов 10 поступают на информационный вход коммутатора 19 и с первого выхода его подаются на вход счетчика 20. После поступления на вход счетчика 20 импульсов на выходе счетчика 20 формируется импульс, который, поступая на второй управляющий вход коммутатора 19 и тактовый вход генератора 17 псевдослучайных чисел, вызывает переключение тактовой последовательности на вход первого счетчика 18 и генерацию нового псевдослучайного числаПоступа11 1091 ющие на вход тактовые импульсы уменьшают содержимое счетчика 18, После прохождения ,. импульсов счетчик .18 окажется в нулевом состоянии, что индицируется появлением импульса на его выходе. Этот импульс определяет момент времени дискретизации и, поступая на первый управляющий вход коммугатора 19 и вход начальной установки счетчика 18, происходит переклю чение тактовой последовательности на вход счетчика 20 и начальную установку счетчика 18 в состояние .Далее процесс циклически повторяется, Регистр 16 выполняет функцию хранения 15 начального значенияпри необходиомости повторения выборки псевдослучайных чисел.В соответствии с приведенным выше, алгоритмом местоположение формируе мого импульса во временИ Ск однозначно определяется Ск., модулем счетчика 20-М и псевдослучайным числом. предварительно записанным в счетчик 18.При этом на выход параллельного 25 кода формирователя 11 выдается параллельный код величины. . Сформированный поток импульсов удовлетворяет условию73 12 что характеризует поток с малой дискретностью и относительно большим минимальным периодом. Эта особенность также позволяет смягчить требования по быстродействию генератора 17 псевдослучайных чисел, которое может быть того же порядка, что и быстродействие цифроаналогового преобразователя 3 и блока 2 компараторов, так как максимальная частота тактирования генератора 17 ограничена величиной Е Б/И.макс,-,Предлагаемоеизобретение.позволяет использовать свойства стохастической дискретизации, заключающееся 1 в обработке широкополосного сигнала ,при относительно низкой средней частоте дискретизации, При этом верхняя частота составляющая исследуемого сигнала и дискретность аргумента корреляционной функции не зависят от средней частоты дискретизации,а определяются дискретностью потока импульсов, которая может быть получена весьма малой.Следует отметить, что повышение разрешающей способности корррелометра более чем на порядок по сравнению с прототипом достигается при сохранении точности, присущей прототи.пу.