Коррелометр Советский патент 1983 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к специалиэированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления для обнаружения опорного частотно-мо дулированного сигнала в анализируемом случайном сигнале. Известен цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов, содержащий аналого-цифровой преобразователь, цифровые линии задержки, генератор опорного сигнала, генератор шдпульсов, блок умножения и блок усреднения fl3 Недостатком такого коррелятора является относительно низкое быстро действие, i Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометр, содержащий аналого-циф ровой преобразователь, вход которог является входом устройства, а выходы подключены через элемент И к входам дополнительных элементов ИЛИ и И,-выходы которых через элементы ИЛИ соединены с входами суммато ра, выходы дополнительных элементов ИЛИ подключены к входам блока фиксации среднеквадратического отклоне ния, вькод которого подключен к входу блока .управления, содержащего генератор импульсов и счетчик выходы которого соединены соответственно с входами аналого-цифрового преобразователя, блока постоянной памяти, в котором записан проквантованный на два уровня опорный сигнал, сумматора и блока памя- ти, в котором хранятся суммы, сформированные в сумматоре, информацион ные входы и вьаходы блока памяти под ключены соответственно к выходам и входам сумматора, выходы блока постоянной памяти соединены с входами элементов . Однако у коррелометра -недостаточ но высокое быстродействие, связанное с необходимостью вьшолнения за период дискретизации по времени N операций умножения значений проквантованного на два уровня одорного сигнала на выходной код аналогоцифрового преобразователя и N опера ций сложения получ.внных произведений с текущими суммами. Здесь Нгчис ло точек оценки взаимной корреляционной функции.- . Цель изобретения - повышение быстродействия обнаружения сигналов. Поставленная цель достигается тем что в коррелометр, содержащий W -pas рядный счетчик, выходы и разрядов которого соединены -.с соответствующими адресными входами блока постоян ной памяти и блока памяти, управляющий вход которого объединен с вхо дом счетчика и входс 4 синхронизации сумматора и подключен к выходу генег ратора тактовых импульсов, информационные входы и выходы блока памяти соединены соответственно с соответствующими выходами и первыми информационными входами сумматора, вход переключения режима которого соединен с выходом последнего разряда счетчика, выход t -го разряда которого соединенс управляющим входом аналого-цифрового преобразователя л инфо ялационный вход которого является входом устройства, введен блок регистров общего назначения,, адресные входы записи, адресные входа) чтения, и управляющий вход, которого соединены соответствен ю с соответствующими выходами (и«-П старцих разрядов .. L счетчика, соответствующими вьоходами блока постоянной памяти и управляющим зходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы блока регистров общего назначения соединены с соответствующими вторыми информационными входами сумматора. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - про.десс формирования констант опорного частотно-модулированного сигнала. , Коррелометр содержит аналого-диф- ровой преобразователь (АЩ1)1, блок 2 регистров общего назначения (РОН), сумматор 3, блок 4 постоянной памяти,блок 5 памяти, и -разрядный счетчик б и генератор 7 тактовых импульсов. Исследуемый случайный сигнал Х(-Ь в устройстве (фиг.1) поступает на . информационный вход АЦП 1, управляющий вход которого об-ьединен с управляющим входом блока 2 РОН и. тюДключен к выходу С-го разряда счетчика 6. Информационные входаа блока 2 РОН, адресные входаа записии чтения соединены соответственно с соответствуюгдими выходами АЦП 1, выходами (,и-8) старших разрядов счетчика 6 и выходами блока 4 постоянной памяти,.адресные входы которого объединены с адресны «ш входами блока 5 памяти и подключены к соответствующим выходам ц разрядов счетчика б, вход которого объединен с управляющим-входом блока 5 памяти, входом синхронизации сумматора 3 и подключан к выходу генератора 7 тактоввлх импульсов. Выходы блока 2 ТОН соединены с соответствующими первыми ин- формационными входами сумматора 3 вторые информационные входы сумматора 3 подключены к выходам блока.5 памяти. Коррелометр работает следующим образом. Для обнаружения в случайном сигнале X.(-fc) опорных частотно-модулированных сигналов вида j(t)51MLtlbt ).3 длительностью Т в. блок 4 постоянной памяти записываются хат рактеризующие опорный сигнал V Ш двоичные Гисла вида Bi (ЫЬ,..- bw,), где -1 0,1,...,U«-11 . Процесс фо 4ИрЬвания В, для изображен на фиг.2. Сигнал (t) преяварительно ква туется по времени с периодом днеКретиэации Л 1/t; где fj равна частоте следования тактовых импульсов с первого выхода синхронизации счетчика 6. Полученная последовательность ординат сигнала разбивает ся на Ц« 2 блоков по М - 2 ординат f г-де j- 0,1,.,. (М - i . : - . . : : Эти ординаты квантуются на два уровня, причем единичное значение присваивается ординатам, имеющим максимальное значение следукадим образом: yt()6l- 3tiMi jiOu3 остальных СЛУЧ91ЯХ. Таким образом получаем 2 блоко по 2 чисел У|д в каждом блоке. Так как в любом периоде опорнёго сигнала содержится больи М отсчето то в каждсял блоке только одно число может быть равно едиаице Каждом блоку чисел V-ij, как пок-азано иа Фиг.2, ставится в соответствиедвоичное число B Ctfeb-f.-brn a причем если в 1-ом блоке j Дг то i (bob4.v-bm-Jtfe Если В этом блоке все числа yjj равны нулю,то 8 О- Число характеризует наличие и расположение максгалума опор ного сигнала в V-ом блоке. Входной случайный сигнал x(t). пр образуется в АЦП 1 в к-разрядный двоичный код с частотой квантования . Последовательность значений вх ного сигнала разбивается-на блоки по М отсчетов 5 yjWoi - K-)ai I где ,1,2,...- номер блока входного сиг нала; - номер отсче та в блоке. Для обнаружения:опорного чаетотно-модулированного сигнала в случай ном сигнале kCt) в коррелометре Фор мируются суммы в-т1 я-ч, ; i Jo|o i --«-. где р г -N t 1 i Si, Превышение значения S заданйого порога SP является критерием обна:ружения сигнала. Для узкополосных сигналов xft) и Vft) с медленно меняющимися амплитудами и фазс1ми оценки |t,y-Sy,/M линейно связаны с оценками корреляционной функции R)(j, вычисленными релейным коррелятором; Rj uslRx}. На ДВОИЧНЫЙ п-разрядный счетик б с выхода генератора 7 тактовых . импульсов псхзтупают импульсы с тотой следования 0, Частота импульсов с выходов t -го и Я-го разрядов g счетчика соответственно равна /2 и f n-разрядных Ъыходах счётчика-б фйрмирзг ется с частотой f ДВОИЧНЫЙ код . 1 0,1,,, (N -1J номера такта, где , , а на выхода h т (Vi-6) старших разрядов - д частотой f,j двричный код J 0,1 j,,,, . (М-1) номера числа Хгм- го блока, :каждый блок с нс 1ером г содержит . М 2 ;ЧИселЫг. л Б поки1 г записываются ь блок 2 РОЙ, состоящий из. двух половин, каждагй из которьк содержит М ячеек памяти разрядности к .За один цикл ра- боты устройства с частотой f-f Производится запись М чисел г-го блока i в ячейки памяти первой половины блока 2 РОН, адреса которых эада1отся двоичньюл кодом на выходах (w-CV старших разрядов счетчика 6, В тёчёйие этого цикла из второй половины блока 2 JPOH с частотой о производится . чтение из ячеек, адреса которых определяются выходньо1 {й-Ю -разрядным кодом блока 4 постоянной памяти. В течение следукнцего цикла )-i блок входного сигнала записывается во вторую половину, а чтение производится из первой половины блока 2 РОН. После каждого, цикла работы устройства происходит.переключение половин блока 2 PQi.: Каждый цикл вычислен ия состоит. тактов с номерами 1 /0,1,... (Н-1). Двоичный код номера такта с выходов У -разрядов счетчика 6 с частотой fo поступает на адресные входов блока 4 постоянной па,мяти и блока 5 памяти. Константы В,, поступая с выхода блока 4 постоянной памяти на блок 2 РОН, считывают из него значения X.J. + Ь . Таким образом в 1-й такт цикла вычисления на в осоде блока 2 РОН формируется . Для вычисления 8) в коррелометре формируются част.ичные суммы | - : , -.,-. . -ч . (.CV-i) Г где V- 1,2,,, . (N-1). Частичные суммы записываются в блок Э памяти, причем номер ячейки блока 5 памяти совпадает с номером частичной су шы/расположенной в ней; При добавлении слагаемого к частичной сумме с номером (V она перемещается в ячейку блока 5 памяти с номером t(4i)r равному колич1еству елагаемь4х в частичной сумме. Блок 5 памяти работает а режиме чтения,при значениях тактовых импульсов ргшных 1 и режиме записи/ при значениях актовьк импульсов равных 0. Считанная 43 блока 5 памяти информация сохраня, иа его выходах до прихода слвдую-г адеготактового импульса.

На вход синхронизаш1И и вход переключения режима сумматора ,3 поступают соответственно шшульсы с генератора 7 импульсов ТМо и ютульсы начала цикла ТИдС выхода стариего разряда счетчика б. Частота следо вания импульсов ТИа - а. 4/2.После прихода переднего фронта импульса ТИд Гкбто совпадает с началом нулевого такта, содержимое сумматора 3 сравнивается с кодой, порога Sp. ири этом информация с выкода .блока 2 РОН поступает непосред-; . ственно на выход сумматора 3. В остальные такты с нсзмерами i,2,r..(N-l) сумматор 3 работает в режшЛе сложения кодов, поступающих с выходов блЬка 2 РОН и блока „5 neiMHти. После прохождения переднего фронта импульсов ТИ-р содержимое сумftiaTOpa 3 фиксируется на его выхбдах, а на информационном ыходе счетчика 6,формируется код номера такта, в нулевой такт цикла с номе .ром f сумма Sr-V сравнивается с noporosM , а на выходе блока .2 РОН формируется значение такт начинается выдачей 5 на выход сумматора 3, вызовом из первой ячейки блока 5 частичной , и фо ированием на выходе РОН 2 значения, Sj, хг. После прохождения импульса ТИ (ТИо-0) сумма$f.; записывается в первую ячейку блока 5 памяти. Первый такт заканчивается фор1,{щ ова2Н,ем в суг маторе 3 сукмы д « МУг во втором такте вычисления Б сумматоре 3 формируется частичная cy:«. а $И4 фиксируется на его/-выходе и после ррохожденияТИл заносится вов-горую ячейку блока5 памяти. И последний такт цикла в сум маторе.3 &о1 1ируется cyi«iMa Йу--5,-.4, + ч- , а в последнюю ячейку блока 5 памятизаносится сумма Sy;, .

Таким образом, за один цикл работы устройства производится сравнение с порогом суммы ( Форглирование г и обновление частичных су мгл; т;е. при каждо у1 сдвиге входногЬ сигнала чХ Ct) на время Тг . /то .НИ точкам оценивается корреляционная связь анализируемого и опорного сигналов.

Введение блока 2 РОН и дополнитель ных. соединений позволяет значительно повысить быстродействие коррелометра. , Действительно, если в прототипе для формирования В,-Х требуется произвести М операций сложения, то в предлагаемом устройстве они заменяются однотактной операцией считывания из регистра общего назначения кода X-j-.j с но1лером Ъ4 , т.е бкстродейстзиб повышается в М раз. Например, при М 8/ к 8, W 256, используя серийные микросхемы, коррелометр позволяет анализировать сигналы с высшей частотой до 15 кГц, которая в восемь раз выше частоты сигналов, обрабатываемых в устройствах, реализующих схет«1ы прототипа.

КОРРЕЛОМЕТР, содержа дай п-разрядный счетчик, выходы п разрядов которого соединены с соответет вующими алрзсншли входами блока постоянной памяти и блока памяти, управл1Я1едий вход KOToi orb объединен с в ходе счетчика и входе синхронизации сумматора и подклит ей к выходу генера гора тактовых импульсов, информационные входы и выходы блока памй соединены соответственно с соответств щими выходами и первыми- инфо ялационными входами с: мматора, вход переключения режима которого соединен с выходом последнего разряда счетчика, вьгход К-го разрядакоторого соеда1нен с управляоощим входом аналогоцифрового преобразователя, инфорялационный вход которого является входсм устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен блок регистров общего назначения, адресные входы записи, адресные входы чтения и управляющей вход которого соединены соответственно с соответствующими вы-§ ходами (й-Й) старяих разрядов счетчиШ ка, соответствующими выходами блока постоянной памяти и с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя , а выходы блока регистров общего назначения соединены с соответствующими вторыми информационными входами сумматора.

)&

.