Коррелометр Советский патент 1984 года по МПК G06F17/15 

дами первого н второго генераторов псевдослучайных чисел, блока компараторов и первого счетчика, выход- которого подключен к второму информационному входу блока накопления, вход начальной установки первого счетчика объединен с тактовым входом второго счетчика и подключен к выходу переноса второхо сумматора, разрядные выходы которого соединены с адресным входом блока постоянной памяти, вход второго сумма173

109

тора подключен к выходу первого сумматора, второй вход которого объединен с адресным входом блока накошш1ШЯ.И 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.

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 Ш1сел, выходы блока компараторов и второго генератора псевдослучайных чисел соединены соответственно с вторым и третьим информационными входами арифметического блока, выход которого соединен с первым информационным входом блока накопления, выход которого является выходом коррелометра, о т личающийся 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 (П управляющий вход коммутатора соединен с входом начальной I установки и выходом второго счетчика формирователя стохастического потока импуль8 сов, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам генератора псевдослучайных чисел формирователя стохастического потока импульсов, входы начальной СО установки которого подключены к соответствукнцим выходам регистра, причем разрядные выходы генератора псев дослучайных чисел формирователя стосо хастического потока импульсов явля отся выходом параллельного кода формирователя и соединены с первым входом 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

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам для обработки информации специального назначения и может быть использовано в различных облас тях науки и техники. Разрешакнцая способность существующих цифровых коррелометров по времени методически ограничена быстродействием используемой элемен тной базы, что не позволяет использовать эти приборы для анализа широ кополосных сигналов.. Известен многоканальный знаковый коррелометр, содержаний блок переключения процессов, два блока сравнения, генератор случайного сиг нала, генератор импульсов, блок рав нозначности и распределения, блок н копления, блок формирования нулевой ординаты, элемент РШИ, два эленента И и триггер управления ij . Коррелометр обладает низкой разрешаницей 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 блока согласования, два блока компараторов, два генератора псевдослучайных чисел, два цифроаналоговых преобразователя, блок задержки-, блок накопления, а также три сумматора, тр блока умножения, блок постоянной памяти, образукщие в совокупности арифметическое устройство 2 Коррелометр 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- повьшение 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 третьим: информационными входами арифметического блока, выход которого соединен с первым информационным входом блока накопления, выход которого является выходом коррелометра, введены блок постоянной памяти, бло сравнения, первый и второй сумматоры, первый и второй счетчики, форми рователь стохастического потока импульсов, содержащий регистр, генератор псевдослучайных чисел, коммутатор, первый и второй счетчики, тактовые .входы которых соответствен .ю 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 .управляю1ций вход коммутатора соединен с входом. начальной установки и выходом второг счетчика формирователя стохастическо потока импульсов, второй управлякнций вход коммутатора соединен с входом начальной установки и выходом второ го счетчика формирователя стохастич ского потока импульсов, информационные входы которого подключены к соответствующим разрядным выходам генератора псевдослучайных чисел формирователя стохастического потока импульсов, входы начальной устан вки которого подключены к соответствующим выходам регистра, причем разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел формирователя сто хастическогр потока импульсов являштся выхйдом параллельного кода формирователя и соединены с первым входом первого сумматора, информационный вход коммутатора является входом формирователя и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход второго счетчика формирователя стохастического потока импульсов является импульсньм выходом формирователя и соединен с тактовыми входами первого и второго генераторов псевдослучайных чисел, блока компараторов и первого счетчи ка, выход которого подключен к втор му информационному входу блока накопления, вход начальной установки первого счетчика объединен с такто вым входом второго счетчика и подключен к выходу переноса второго су матора, раз рядные выходы которого сое динены с адресным входом блока постоянной памяти, вход второго суммат ра подключен к выходу первого сумма тора, второй вход которого объединен с адресным входом блока накопления и 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 четвертьм информационным входом арифметического блока. Принцип действия предлагаемого коррелометра обеспечивает устранение эффекта наложения высокочастотных составляющих исследуемого сигнала, накладывающего огра:ничения 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 коррелометра и расширить область анализа и диапазон высоких частот при относительно низкой средней частоте дискретизации исследуемого сигнала. На фиг.1 приведена блок-схема коррелометра; на фиг.2 - структура формирователя стохастического потока импульсов; на фиг.З - структура арифметического блока; на фиг.4 - структура блока накопления. Коррелометр содержит (фиг. 1) блок 1 согласования,вход i:oToporo 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 6, 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 входу арифметического блока 6. Выход генератора 10 тактовых импульсов с динен с входом формирователя 11 стохастического потока импульсов. Им пульсный выход формирователя 11 стахастического потока импульсов подключен к тактовым выходам генераторов 4 и 5 псевдослучайных чисел блока 2 компараторов и первого счет чика 12, а выход параллельного кода соединен с первым входом сумматора 13. Второй вход сумматора 3 и адресный вход блока 7 накопления подключены к выходу второго счет чика 14. Выход сумматора 13 соедииен с входом накапливающего сумматор 15, соединенного выходом переноса с входом начальной установки первого счетчика 12 и тактовым входом второго счетчика 14, а другими выходами с адресным входом блока 8 постоянной памяти. Выход первого счетчика 12 подключен к второму информационному входу блока 7 накопления. Формирователь 11 стохастического потока импульсов содержит (фиг.2) регистр 16, выходы которого соединены с установочньсми входами генератора 17 псевдослучайных чисел, выходы 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 начал ной установки и соответствующему уп равляющему входу коммутатора 19, один из выходов которого соединен с тактовым входом другого счетчика 20 Выход счетчика 20 подключен к тактовому входу генератора 17 псевдослуча ных чисел и другому управляющему входу коммутатора 19. Другой выход коммутатора 19 соединен с тактовым входом вычитания первого счетчика 18, выход которого является импульсным выходом формирователя. Арифметический блок 6 (фиг.З) 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. Первые входы сумматоров 22 и 23 объе 1инены и подключены к выходу элемента 21 постоянной памяти.Второй вход сумматора 23 является первым информационным входом блока, выходы сумматоров 22 и 23 соответственно соединены с первыми входами узлов 24 и 25 умножения, второй вход 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, второй вход узла 26 умножения является четвертым информационным входом блока. Блок 7 накопления срдержит 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 входом .элемента 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 x(t) и опорного сигнала у(а).многоразрядные числовые отсчеты которого записаны в блоке 8 по- стоянкой памяти, определяет по алгоритму.M ( .Aitl Д.| iL -З хк- хк-Пук, де (М (;,,)fliC - k-й стохастический интервал времени; А - объем запоминакхцего устройства 8; N - количество реализаций опорного сигнала у(а), используемых для вычисления одной точки коррелограммы;выходные сигналы г нераторов псевдослучайных чисел 4 5 в k-й момент дис ретизации; ыходные сигналы блока 2 компараторов и блока 9 срав нения в k-и момент дискретизации; половина диапгзона изменения сигна ла; количество точечных оценок, используемых для вычисления одной точ ки коррелограммы; ...ЕЗ целая часть и Elw,., принимает толь.сО,-1,...,П ко целочисленные значения и в правой части выражения (1) присутствует п неявном виде через результат сравнения п . Исследуемый сигнал x(t) центрируется, приводится к требуемому масш табу -q,qj в блоке 1 согласования и поступает на первый вход блока 2 компараторов, на второй вход которо го от генератора 4 псевдослучаГпилх чисел подаются равномерно распределенные псевдослучайные числа 0, преобразованные цифроаналоговым пре образователем 3. Стохастическое ква тование проводится одновременно в диапазонах -qjO и o,q , т.е. блок 2 компараторов содержит два компаратора. Положительные значения сигнала x(t) сравниваются с опорны ми уровнями qf., а отрицательные значения - с уровнями q( -1). Результат сравнения входного сигнала x(t) с псевдослучайным уровнем в k-й момент дискретизации определяется по правилу 1, если x(t ) q 1с О, если (t)7q() -1, если x(t) q(-l) Стохастическое квантование опорного сигнала y(t),2jjмногоразрядные цифровые отсчеты которого записаны в блоке 8 постоянной памяти проводится в цифровом виде. Блок 9 срав нения содержит два компаратора кодов. Код у(ак) сравнивается с кодом , на одном компараторе и с кодом ( другом. Результат сравнения Пиу; в k-ый момент дискретизации определяется как 1, если у(а)() п О, если (1г + 1)у(ац) 1 (3) -1, если у(ак) Моменты дискретизации определяются формирователем I1 стохастического потока импульсов. Формирователь 11 стохастического потока импульсов создает поток дискретизации, который является стохастическим; описывается моделью потока с накоплением дисперсии; имеет заданное мертвое- время генерации, в течение которого невозможно появление дискретизирующего импульса, что необходимо для согласования малой дискретности формируемого потока с относительно невысоким быстродействием цифроаналогового гфеобразователя 3, блока 2 компараторов и арифметического блока 6. Формирователь 11 производит генерацию последовательности псевдослучайных чисел и последующее преобразование их в псевдослучайные временные интервалы, в момент окончания которык формируется импульс дискретизации. При этом формируемые псевдослучайные временные интервалы являются дискретньши и содержат две компоненты - детерминированную и псевдослучайную. Для реализации модели потока с накоплением дисперсии формирование псевдослучайных временных интервалов производится по реккуррентному алгорит гу -ut ; k 1,2,... (4) где t. - момент времени окончания k-ro псевдослучайного интервала времени и генерации k-ro дискретизирующего импульса; тактовый интервал времени; f- - частота следования тактовых импульсов; М - модуль счетчика 20, определяющий постоянную компоненту псевдослучайного интервала времени, так называемое мертвое время генерации, введенное с,учетом мертвого времени блоков 2,3,6;

91091

J5 - псевдослучайное число, испольгуемое для формирования k-ro псевдослучайного интервала времени.

Так как дискретизация исследуемого сигнала x(t) проводится в реальном масштабе времени в соответствии с выражением (4), а опорш) сигнал y(t) в проквантованиом и в продискретиэированном с частотой f « -тг вида записан ю в блоке 8 постоянной памяти, объем которого ограничен величиной А, то связь меящу аргументами функций x(t) и y(aj/) составляет

Г(М Ук-01 )

.VSJ- Ч А-к (

где t - k-й момент дискретизации сиг -

feCM+jf.,u«

feCM4y.,U

ftt аргумент корреляционL ггк JL

ной функции.

Сумма первых двух слагаемых в выражении (5) означает суммирование по модулю А числовх эквивалентов, формируемых BpeMfiHHbix интервалов. Формирование текущего адреса осуществл./атся сококупностью счетчика 14, сумматора 13 и накапливающего сумматора 15. На первый вход сумматора 13 с выхода параллельного кода формирователя 11 стохастического потока импульсов поступает код псевдослучайной компоненты Jf. формируемого вре 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 зом на вход накапливающего сумматора 15 поступает числовой эквивалент М , сформированного временного интервала (М .)ut . Накапливающий сумматор 5 обеспечивает суммироваиве по модулю А числовых эквивалентов сформированных временных интервалов, образуя текуп ий адрес а , соответствукшщй моменту дискретизации ty; исследуемого сигнала x(t). На выходе переноса накапливающего сумматора 15 формируются сигиалы переполнения, которые подсчитываются счетчиком 14. Отнсмвение объема на- капливающего сумматора 15 к велйчине А определяет количество реализаций N опорного сигнала у(а),используемых для вычисления одной точки

корреляционной функции. Появление сигнала переноса на выходе накапливающего сумматора 5 увеличивает на единицу содержимое счетчика 14, что означает задание следующего аргумента корреляционной функции. Так как дискретизирующий поток импульсов является стохастическим, то на одно и то же число реализаций Н выпадает различное число импульсов дискретизации. Для подсчета числа усреднений 1.| отдельных точек коррелограммы счетчик 12 подсчитывает число импульсов дискретизации между сигналами переноса накапливающего сумматора 15, которые обнуляют содержимое счетчика 12

Выходные сигналы блока 2 компаратсоов п первого генератора 4 псевдослучайных чисел X второго генератора 3псевдослучайных чисел к и блока 9 сравнения Пцц поступают на соответствующие входы арифметического блока 6, где обрабатываются в соответствии с вьфажением в фигурных скобках алгоритма. Вычисленные точечные оценки корреляционной функции поступают в блок 7 накопления, в котором они суммируются для каждого аргумента iftt корреляционной функции, а затем усредняются с учетом значений 8, поступающих с выхода счетчика 12, и запоминаются. Следует отметить, что в блоке 7 накопления деление производится посла окончания измерения, позтому быстродействия коррелометра не снижает.

формирование стохастического потока импульсов ос5ш ествляется 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), 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 числа . Поступа 1091

юиц1е на вход тактовые импульсы уменьшают содержимое счетчика 18. После прохождения . импульсов счетчик 18 окажется в нулевом состоянии, что индицируется появлением импульса на j его выходе. Этот чмпульс определяет момент времени дискретизации и, поступая на первый управляющий вход коммутатора 19 и вход начальной установки счетчика 18, происходит переклю- Ю чение тактовой последовательности на вход счетчика 20 и начальную установку счетчика 18 в состояниеУ.Далее процесс циклически повторяется. Регистр 16 выполняет функцию хранения 15 начального значения при необходимости повторения выборки псевдослучайных чисел.

В соответствий с приведенным выше, алгоритмом местоположение формируе- 20 мого импульса во времени t однозначно определяется Ц. , модулем счетчика 20-м и псевдослучайным числом Jf(,. , предварительно записанным в счетчик 18.При этом на выход параллельного 25 кода формирователя I1 выдается парал- лельный код величины . . Сформированный поток импульсов удовлетворяет условию

, /(i,rbKV(tK-tKM)

7312

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 3и блока 2 компараторов,так как максимальная частота тактирования генератора 17 ограничена величиной f- kfi/M, Mate,,

Предлагаемое изобретение .позволяет использовать свойства стохастической дискретизации, заключающееся jB обработке широкополосного сигнала (при относительно низкой средней дискретизации. При этом верхняя частота составляющая исследуемог 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 протот.пу.

-Ч

И

13

1

W

Фиг.1

1

22

21

23

Фиг.2

2

27

26

25

ф1/г.3