Устройство для определения корреляционных функций Советский патент 1984 года по МПК G06G7/19 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для опреде ления автокорреляционных функций выс кочастотных узкополосных случайньк, также .детерминированных процессов. Известен коррелятор, содержащий л нию задержки, блоки умножения и блоки усреднения. Наиболее близким к изобретеиин) по т1эхнической сущности является уст ройство для определения корреляционных функций, содержащее управляемую линию задержки, вход которой является входом устройства, управляемый гетеродин, два смесителя, два блока умножения, два блока усреднения, два амплитудных детектора, блок вычитания, сумматор, блок регистрации, два фильтра нижних частот и два филь ра верхних частот, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам первого блока умножения, выходы фильтров нижних частот подключены соответственно к первому и второму входам второго блока умножения, первые входы первого и второг смесителей подключены соответственно к выходу управляемой лечии и задержки и к входу устройства, вторые вхо ды смесителей подключены соответстве но к первому и второму выходам гете родина, выходы первого и второго сме сителей подключены соответственно к входам первых и вторых фильтров нижних и верхних частот, выходы блоков умножения через блоки усреднения подключень соответственно к первому и второму входам сумматора и к входам амплитудных детекторов, выходы амплитудньгх детекторов подключены со ответственно к первому и второму вхо дам бло-ка вычитания, выход которого подключен к входу управляемого гетер дина, третий и четвертый выходы гете родина подключены соответственно к первому и второму входам блока ре гистрации, третий вход которого под ключен к выходу сумматора 23, Однако использование в известном устройстве двух типов фильтров (филь ры нижних и верхних частот) и двух к налов корреляционной обработки (два перемножителя с блоками усреднения) снижает точность измерений за счет иеидентичности и нестабильности ампл тудно-частотных и фазочастотных характеристик данных элементов. Цепь мзобретения повь. точ-. нести измерений корреляционных функций . Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок задержки, первый и второй смесители, измеритель частоты, измеритель фазы, измеритель амплитуды, первый гетеродин, сумматор, фильтр нижних частот, блок усреднения, амплитудный детектор, блок вычитания, первый вход первого смесителя подключен к выходу блока задержки, вход, которого соединен с первым входом второго смесителя и является информационным входом устройства, введены второй гетеродин, первый и второй коммутаторы, квадратичный детектор и геператор гармонических сигналов, первый выход которого подключен к входам первого и второго гетеродинов, первые выходы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого коммутатора, информационный выход которого подключен к второму входу первого смесителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу квадратичного детектора, выход которого подключен к входу блока усреднения, выход которого подключен к входу амплитудного детектора., выход которого под- ключен к первому входу блока вычитания, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго гетеродинов, вторые выходы которых подключеь:ы соответственно к первому и второму информационным входам второго коммутатора, информационный выход которого подключен к информационному входу изг-Еерителя частоты и второму входу .второго смесителя, выход которого подключен к второму входу сумматора, выход блока усреднения подключен к информационному входу измерителя амплитуды и первому информационному входу измерителя фазы, второй информационный вход которого подключен к первому выходу генератора гармонических сигналов, второй выход которого подключен к у.аравляющим входам первого и второго коммутаторов, измерителя частоты, измерителя фазы и измерителя амплиНа чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит (управляемый) блок 1 задержки, смесители 2 и 3, коммутаторы 4 и 5, (управляемые) гет родины 6 и 7, сумматор 8, фильтр 9 нижних частот, квадратичный детектор 10, блок 11 усреднения, амплитудный детектор 12, блок 13 вычитания, гене ратор 14 гармонических сигналов и блок регистрации, состоящий из измерителя 15 частоты, измерителя 16 фа зы и измерителя 17 амплитуды. Устройство работает следующим образом. На входы смесителей 2 и 3 поступают случайные процессы, отличающиеся временной задержкой С за счет блока 1 задержки. На входы смесителей 2 и 3 через коммутаторы 4 и 5 подаются гетеродинные напряжения, частоты которых отличают ся на заданную величину F . Значение частоты F задается генератором 14, который также задает частоту переключения коммутаторов 4 и 5. Частоты гетеродинов 6 и 7 выбраны таким образом, чтобы частота пер- . вого гетеродина 6 быпа ниже частоты исследуемого процесса, а частота второго гетеродина 7 - выше этой частоты, т.е. г j. - f и Г2 Р Я с - частота исследуемого процесса; fp - промежуточная частота после преобразования, равная частоте среза фильтра нижних частот. На выходах смесителей имеем преобразованные по частоте случайные процессы, спектры которых смещены относительно друг друга на частоту F . Помимо этого,в режиме коммутации 1 спектр процесса на выхо де смесителя ,после преобразования первым гетеродином 6 соответствует спектру входного процесса, а в режиме коммутации 2 после преобразования вторым гетеродином 7 он перевернут по частоте по отношению к спектру входного процесса. После преобразования случайные процессы суммируются в сумматоре 8 и через фильтр 9 нижних частот поступают на квадратичный детектор 10 При этом в режиме коммутации 1 фильт нижних частот пропускает на вход квадратичного детектора 10 низкочас тотную часть спектра входных процес сов, а в режиме коммутации 2 - высокочастотную часть спектра. После перемножения в квадратичном детекторе 10 и усреднения в блоке 1 полученный сигнал поступает в блок регистрации. Выражение для сигнала на выходе блока 11 усреднения можно записать в режиме коммутации 1 U(t) kl G(f)cos(2Jili-27rfr)df ; В режиме коммутации 2 U2(t)Kl С()со5()с , где k - коэффициент пропорциональности G()- спектр исследуемого процесса. Корреляционная функция случайного процесса выражается как R(t)rK G(cos((f) . После несложного преобразования получаем R(f) Aco5()(2I7ft- Jt. + A2Cos(2Flt-V2) , где А - амплитуда сигнала, пропорциональная огибающей корреляционной функцииi Ч - фаза сигнала, соответствующаяфазе высокочастотного заполнения корреляционной функции; иА,- амплитуда и фаза сигнала на выходе блока усреднения в режиме коммутации 1 и 2 соответственно. При правильной работе системы автоматической подстройки частоты гетеродинов, состоящей из амплитудного детектора 12 и блока 13 вычитания, т.е. при равенстве амплитуд сигналов на выходе блока усреднения в режимах коммутации 1 и 2 А А-, фаза заполнения корреляционной функции равна . . . Сигнал автоматической подстройки частоты поступает на управляемые гетеродины 6 и 7 с выхода блока 13 вычитания. Таким образом, измеряя амплитуды и фазы сигналов на выходе блока 11

усреднения и измерителями 17 и 16 в каждом режиме коммутации, определяют ординату корреляционной функции исследуемого процесса

Ч f Ч - 4

Л измеряя частоты управляемых гетеродинов в каждом из режимов коммутадаи с помощью измерителя 15, определяют аргумент корреляционной функции

I/ + If t ъ

2JT(f,

Предлагаемое устройство определяет корреляционные функции случайных процессов на основании амплитудных, фазовых и частотных измерений и обладает более высокой точностью за счет того, что имеет один общий канал обработки и один частотно-формирующий блок-фильтр нижних частот. При определении аргумента корреляционной функции не требуется значения частоты среза этого фильтра, а следовательно, нестабильность его характеристик не снижает общей точности устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЙ, содержащее блок задержки, первый и второй смесители, измеритель частоты, измеритель фазы, измеритель амплитуды, первый гетеродин, сумматор, фильтр нижних частот, блок усреднения, амплитудный детектор, блок вычитания, первый вход первого смесителя подключен к выходу блока задержки, вход которого соединен с первым входом второго смесителя и является информационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй гетеродин, первый и второй коммутаторы, квадратичный детектор и генератор гармонических сигналов, первый выход которого подключен к входам первого и второго гетеродинов, первые выходы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам первого коммутатора, информационный выход которого подключен к второму входу первого смесителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу квадратичного детектора, выход которого подключен к входу блока усреднения, выход которого подключен к входу амплитудного детектора, выход.которого подключен к первому входу блока вычитания, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго гетеродинов, вторые выходы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам второго коммутатора, информационный выход которого подключен к информационному входу измерителя частоты и второму входу второго смесителя, выход которого подключен к второму входу сумматора, выход блока усреднения подключен к информационному входу измерителя амплитуды и первому информационному входу измерителя фазы, второй информационный вход котоС 4: тэого подключен к первому выходу генератора гармонических сигналов, вто рой выход которого подключен к управляющим входам первого и второго коммутаторов, измерителя частоты, измерителя фазы и измерителя амплитуды.