Знаковый цифровой коррелятор Российский патент 2023 года по МПК G06F17/15 H04B1/709 

Изобретение относится к областям радиотехники и измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения коэффициента корреляции случайного сигнала, в устройствах оценки параметров случайного сигнала аппаратуры управления и передачи информации, предназначенным для корреляционного анализа случайных процессов, представленных цифровыми кодами.

Большое количество корреляторов описано в [Жовинский В.И., Арховский В.Ф. Корреляционные устройства. М.: Энергия, 1974], однако многие из них сложны в технической реализации, имеют большой аппаратный объем и низкое быстродействие, наиболее близким аналогом является цифровой коррелятор [Патент RU 2735488 С1 Российская Федерация, МПК G06F 17/15 (2006.01) цифровой коррелятор / О.В. Чернояров и др./ ФГБОУ ВО Майкопский государственный университет (RU). - №2020113740, заявл. 03.04.2020, опубликовано: 03.11.2020 Бюл. №31].

Предлагаемый коррелятор отличается тем, что в нем используется один генератор равномерно распределенных случайных чисел, связанный с двумя схемами сравнения, подключенными через вентили и переключатель к регистру сдвига, используемому в качестве устройства задержки. Причем разрядные его выходы связаны через схемы совпадения, вторые входы которых подключены к дешифратору, с общей собирательной схемой. Последняя через дополнительную схему совпадения соединена с выходным счетчиком.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема знакового цифрового коррелятора, где:

1, 2 - генераторы кодов исследуемых сигналов;

3, 4 - схемы сравнения кодов;

5, 6 - вентили;

7 - генератор равномерно распределенных случайных чисел;

8 - генератор тактовых импульсов;

9 - триггер управления;

10 - делитель частоты;

11 - первый счетчик;

12, 13 - переключатели;

14 - сдвигающий регистр;

15 - схемы совпадения;

16 - собирательная схема;

17 - дополнительная схема совпадения;

18 - второй счетчик;

19 - дешифратор.

Работа предлагаемого устройства состоит в следующем.

В тактовые моменты времени, задаваемые генератором 8 через триггер 9, текущее значение исследуемой случайной функции с генератора 2 сравнивается на схеме 4 с вырабатываемым в каждый тактовый момент времени генератором 7 равномерно распределенным случайным числом. На выходе схемы 4 появляется импульс, если текущее значение случайного кода входного сигнала не меньше, чем случайное число. Вырабатываемая таким образом на выходе схемы 4 последовательность двоичных сигналов «1» и «0» поступает через вентиль 5 и переключатель 12 в к-разрядный регистр сдвига 14. Информация в регистре сдвига по каждому тактовому импульсу сдвигается на один разряд вправо. Информация, хранящаяся в регистре сдвига, является основной для получения корреляционной функции исследуемого случайного процесса. Выходы регистра сдвига соединены со входами схем совпадения 15, которые поочередно опрашиваются сигналами с дешифратора 19 с частотой ƒ/N, где ƒ - частота поступления тактовых импульсов с триггера 9.

Устройство опроса работает следующим образом.

На вход делителя частоты 10 поступают импульсы с частотой ƒ от триггера 9, связанного с генератором 8 тактовых импульсов. На выходе делителя появляются импульсы с частотой ƒ/N и поступают на вход счетчика 11 на n разрядов. Число разрядов n выбирается так, что 2ⁿ = к. Выходы счетчиков соединены со входами дешифратора. На выходах дешифратора появляются разрешающие потенциалы, с помощью которых производится последовательный опрос схем совпадения 15. Выходы схем совпадения соединены со входами собирательной схемы 16, выход которой соединен со входом выходного счетчика 18 через схему совпадения 17. Счетчик 18 регистрирует текущие значения корреляционной функции. Выход счетчик 18 является выходом всей схемы.

При определении взаимной корреляционной функции текущие значения исследуемых случайных функций с генераторов 1 и 2 поступают на входы схем сравнения 3 и 4, где сравниваются со значениями равномерно распределенных случайных чисел, вырабатываемыми генератором 7 равномерно распределенных случайных чисел.

На выходе каждой из схем сравнения появляется импульс в том случае, если текущее значение соответствующей случайной функции не меньше, чем значение случайного сигнала. Каждый из вентилей 5 и 6 открывается для прохождения импульса с выхода соответствующей схемы сравнения через один такт, то есть в момент подачи разрешающих потенциалов с выходов триггера 9 управления. Такой метод опроса схем сравнения равнозначен использованию двух генераторов равномерно распределенных случайных чисел, так как каждое последующее случайное число не зависит от предыдущего.

Режим вычисления автокорреляционной функции следующий: переключатель 13 в положении АК, переключатель 12 в положении б.

Вырабатываемая на выходе схемы 3 последовательность двойных символов «1» и «0» поступает в к-разрядный регистр сдвига 14, выполняющий функцию динамического запоминающего устройства. Информация в регистре сдвига по каждому сигналу с выхода триггера управления 9 сдвигается вправо на один разряд. Выходы регистра сдвига соединены с первыми входами схем совпадения 75, на вторые входы которых поочередно подаются сигналы опроса с дешифратора 19 с частотой ƒ/N.

Далее работа схемы протекает так, как описано выше.

При вычислении взаимной корреляционной функции переключатель 13 ставится в положение ВК, а переключатель 12 - в положение а. На схеме совпадения 17 попарно перемножаются поступающие на ее входы сигналы с выхода вентиля 6 и сигналы с выхода схемы 16, то есть выходные сигналы вентиля 5, задержанные в регистре сдвига 14.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого вероятностного вычислителя координаты состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к областям радиотехники и измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения коэффициента корреляции случайного сигнала, в устройствах оценки параметров случайного сигнала аппаратуры управления и передачи информации, предназначенным для корреляционного анализа случайных процессов, представленных цифровыми кодами. Технический результат изобретения заключается в разработке устройства для вычисления взаимной корреляционной функции двух сигналов, обладающего малым аппаратным объемом по сравнению с аналогичными цифровыми устройствами. Технический результат достигается путем соединения выходов каждой схемы сравнения кодов через вентиль и переключатель с регистром сдвига, разрядные выходы которого соединены со схемами совпадения, вторые входы которых подключены к выходам дешифратора, а выходы через собирательную схему и дополнительную схему совпадения связаны со вторым счетчиком, причем вторые входы вентилей соединены с двумя выходами триггера управления. Особенностью предлагаемого устройства является использование только одного генератора дополнительного случайного сигнала. 1 ил.

Знаковый цифровой коррелятор, характеризующийся тем, что в состав схемы входят два генератора исследуемых сигналов, две схемы кодов, два вентиля, два переключателя, два счетчика, генератор равномерно распределенных случайных чисел, сдвигающий регистр, триггер управления, делитель частоты, дешифратор, генератор тактовых импульсов, схемы совпадения, собирательную схему и дополнительную схему совпадения, в начале работы схемы в генераторы исследуемых сигналов записываются значения исследуемых сигналов, выходы которых нагружены на соответствующие входы схем сравнения кодов, выходы которых нагружены на входы соответствующие вентилей, на вторые управляющие входы которых нагружен выход управляющего триггера, выходы вентилей нагружены на входы первого переключателя, одновременно выход второго вентиля нагружен также на первый вход второго переключателя, выход первого переключателя нагружен на вход сдвигающего регистра, параллельные выходы которого нагружены на первые входы схемы совпадения, на вторые входы которой нагружены выходы дешифратора, на управляющие входы которого нагружены выходы первого счетчика, информационный вход которого нагружен на выход делителя частоты, вход которого также нагружен на выход триггера управления, последовательный выход сдвигающего регистра нагружен на второй вход второго переключателя, выход которого нагружен на первый вход дополнительной схемы совпадения, на второй вход которой нагружен выход с собирательной схемы, на входы которой нагружены выходы схемы совпадения, выход со второго счетчика является выходом всей схемы.