Цифровой коррелометр Советский патент 1984 года по МПК G06F17/15 

третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые входы которых являются входом управления

записи информации коррйле мйтра, РЫходы элементов И-НЕ группы соединены соответствен1о с группой информационных входов первого счетчика запуска группы.

ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные ВХОДЫ которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей и ЯВЛЯЮТСЯ соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным ВХОДОМ первого триггера и подключены к ВЫХОДУ первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к ВЫХОДУ блока памятиj ВХОД которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти является ВЫХОДОМ корреляционной функции коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и ЯВЛЯЮТСЯ ВХОДОМ начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к ВЫХОДУ генератора тактовых импульсов, ВЫХОД первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным 1входом второго триггера, g ВЫХОД которого соединен с вторым ВХОДОМ второго элемента И, разрядные ВЫХОДЫ третьего счетчика запуска группы, соединены с первой группой ВХОДОВ блока сравнения, вторая группа ВХОДОВ которого соединена соотс с ветственно с выходами переключателей группы, ВХОДЫ которых ЯВЛЯЮТСЯ СООТвет.ственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока :о сравнения соединен с входами начальной установки счетчиков запуска групI30 пы и ЯВЛЯЮТСЯ ВЫХОДОМ конца цикла li коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы коррелометра, в него введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, ВХОД запуска которого подключен к ВЫХОДУ блока сравнения, a разрядные ВЫХОДЫ генератора псевдослучайных соединены с первой группой ВХОДОВ ВТОРОГО сумматора, вторая группа ВХОДОВ которого подключена соответственно к разрядным выходам

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и пред назначено для оперативного определе ния корреляционных функций (КФ) выс кочастотных случайных процессов. Известны многоканальные цифровые коррелометры, использующие для опре деления КФ высокочастотных .случайны процессов некоррелированную выборку например коррелометр, содержащий аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с регистрами сомножителей, блок умножения, сумматор, блок памя и блок синхронизации l. Недостатком устройства при обработке высокочастотных процессов явл ется возможность появления погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составля ющими, так как выборка пар отсчетов с одинаковым временным сдвигом производится с постоянным шагом . где максимальный интервал корреляции/ TQ - длительность такта вычислений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометр, содержащий АЦП, блок умножения, сумматор, блок памяти, генератор тактовых импульсов и схему пуска f2. Недостаток устройства - выборка с постоянным шагом, в данном случае равным длительности цикла вычислений что приводит к погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составляющими. Цель изобретения - повышение точ ности за счет уменьшения погрешност синхронности. Указанная цель достигается тем, что в цифровойкоррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные входы которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобра-зователей и являются соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналогоцифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным входом первого триггера и подключены к выходу первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти ; . / является выходом корреляционной функции .коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом

второго элемента И, разрядные выходы третьего счетчика запуска группы соединены с первой группой входов блока сравнения, вторая группа вх дов которого соединена соответственно с выходами переключателей группы, входы которых являются соотв тственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока сравнения соединен с входами начальной установки счетчиков запуска группы и являются выходом конца цикла коррелометра, введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход которого подключен к выходу блока сравнения, а разрядные выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого подклю чена соответственно к разрядным выходам третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые входы которых являются входом управления записи информации коррелометра выходы элементов И-НЕ группы соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика запуска группы.

На фиг. 1 приведена блок-схема коррелометра; на фиг. 2 - блок-схема генератора псевдослучайных сигналов; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы устройства.

Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1-4, блок 5 умножения, первый сумматор 6, блок 7 памяти, группу 8 счетчиков запуска, состоящую из первого 9, второго 10 и третьего 11 счетчиков запуска, первый 12 и второй 13 триггеры, первый 14 и второй 15 элементы И, генератор 16 тактовых импульсов (ГТИ), вход начальной установки коррелометра 17, группу элементов И-НЕ , 18, второй сумматор 19, блок 20 сравнения, генератор 21 псевдослучайных чисел (ГПСЧ), группу 22 переключателей, выход конца цикла 23 коррелометра.

На фиг. 2 изображена функциональная схема ГПСЧ 21, состоящая из сдвигающих регистров 25 и 26 с обратной связью, содержащей сумматор по модулю два (два элемента НЕ 28 и 29 и схему И-ИЛИ-НЕ 27).

На фиг. 3 изображены временные диаграммы запуска АЦП 1-4, при этом ,пуск начального частного цикла АЦП 1,2 изображен на Фиг. За, а со сдвигом АЦП 3,4 на фиг. 36 (генератор псевдослучайных чисел не включен).

На фиг. 4 из« бражены временные диаграммы запуск АЦП 1-4 с включенным ГПСЧ; на фиг. ц - запуск АЦП 1,2 - в начале частного цикла; на фиг. 46 - запуск АЦП 3,4 со сдвигом

Информационные входы перва го 1 и второго 2, третьего 3 и четвертого 4 АЦП попарно соединены и являютс первым и вторым входами коррелометра соответственно. Выходы АЦП 1-4 соединены с входами блока 5 умножения, выход которого соединен с первым входом первого сумматора 6. Выход блока 7 памяти соединен с вторым вхо дом первого сумматора 6, а вход - с выходом первого сумматора 6. Управляющие входы АЦПо 1 и 2 соединены с единичным входом триггера 12 и подключены к выходу первого элемента И 14. Управляющие входы АЦП 3 и 4 объединены и подключены к выходу второго элемента И 15. Нулевые входы первого 12 и второго 13 триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометров, выход первого триггера 12 соединен с первым входом первого элемента И 14. Вход элемента И 14 подсоединен к счетному входу первого счетчика 9 запуска группы 8, выход которого подключен к другому входу второго элемента И 15 и к счетному входу второго счетчика 10 запуска группы. Выход счетчика 10 запуска группы подключен к единичному входу второго триггера 13 и счетному входу третьег счетчика 11 запуска группы. Разрядны выходы третьего счетчика 11 запуска группы соединены с первыми входами второго сумматора 19 через шину 24 и первой группой входов блока 20 сравнения, вторая группа входов которого подключена к выходам группы 22 переключателей. Выход блока 20 сравнения подключенк входам начальной установки счетчиков запуска группы 8 и является выходом конца цикла коррелометра, а также подключен к входу запуска ГПСЧ 21, разрядные выходы которого подключены к второй группе входов второго сумматора 19, входы которого подключены к первым входам группы элементов И-НЕ 18, вторые входы которых являются входом управления записи информации коррелометра Выходы группы элементов И-НЕ соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика 9 запуска группы. С помощью группы 22 переключателе задаются коды в виде высоких и низки потенциальных уровней. Первая группа 9 разрядов многоразрядного счетчика производит пересчет тактовых импульсов, поступающих о-т генератора 16, на величину q, определяемую отношением времени Т, обработки сомножителей (в течение каждого такта вычислений) к шагу задержки дС. Вторая группа разрядов 10 счетчика 8 производит пересчет импульсов, поступающих на нее из первой группы 9, на величину т. Произведение , где m - число определяемых ординат КФ. . Блок 20 сравнения кодов сравнивает коды, поступающие на него с разрядных выходов третьего счетчика 11 запуска группы 8 и с группы 22 переключателей. Перед начашом работы в группе 22 переключателей устанавливается число q, равное коэдхЬициент пересчета первого счетчика 9 запуска группы 8. После того как в третий счетчик 11 запуска группы 8 поступит из второго счетчика 10 запуска qm импульсов, блок 20 сравнения вырабатывает команду Конец цикла, котора обнуляет счетчики запуска группы 8. Таким образом, коэффициент пересчета третьего счетчика 11 запуска получается равным q. ГПСЧ 21 построен по традиционной схеме на основе регистров сдвига 25 н 26 с обратной связью, содержащей сумматор по модулю два 27,, 28-, 29. Разрядность чисел, формируемых ГПСЧ 21, равна разрядности числа q. Состо яние регистра сдвига меняется по команде Конец цикла 23, поступающе с выхода блока 20. Второй сумматор 19 суммирует коды

чисел, поступающих на него с третьей группы разрядов 11 многорядгого счетчика 8 и с ГПСЧ 21. Сумма с выхода второго сумматора 19 подается на группу элементов И-НЕ 18, с выходов которого по команде, поступающей на второй вход группы элементов И-НЕ 18, заносится в обратном коде в первый

код, обратный нулевому. В начале первого частного цикла по команде Установить О (начало частного цикла) триггеры 12 и 13 устанавливаются в нуль, при этом на элементы И 14 и 15 подается разрешающий потенциал. Затем на соответствующий вход элементам 1 и счетный вход первого счетчика 9 счетчик 9 запуска группы 8 в начале каждого частного цикла вычислений. Порядок вычисления КФ обрабатываемых процессов циклический. Каждый цикл вычислений состоит из m тактов, во время которых вычисляются произведения отсчетов с определенным временным сдвигом. Всего за цикл вычисляется полный набор произведений для всех значений временного сдвига. Полученные произведения добавляются в блоке 7 памяти к частичньт суммам произведений с соответствующими временными сдвигами, полученными в предыдущих циклах вычислений. Перед началом работы определяется параметр алгоритма вычислений, равный ближайшему верхнему двоичному числу от отношения Число вводится в группу 22 переключателей. Коэффициенты первого пересчета и второго 10 счетчиков запуска группы 8 устанавливаются равными q и m соответственно. Процесс определения в течение цикла вычислений состоит из q частных циклов. В течение каждого частного цикла АЦП. 1,2 запускается с выхода первого элемента И 14 один раз (в начале частного цикла). АЦП 3,4 запускается m раз с интервалом выхода второго элемента И 15. Работу коррелометра в течение -го цикла вычислений удобно рассмотреть сначала для случая, когда генератор 21 псевдослучайных чисел отключен (см. фиг. За,б) от второго сумматора 19 и на выходе сумматора 19 Повторяется число, находящееся в третьем счетчике 11запуска группы В, Временные диаграммы запуска АЦП 1-4 для этого случая приведены на фиг. 3. Перед началом V-ro цикла триггеры 12 и 13 установлены в 1, на элементы И 14 и 15 подан запрещающий потенциал соответственно с выходов триггеров 12 и 13. Второй 10 и третий 11 счетчики запуска группы 8 обнулены командой Конец цикла в конце предыдущего (9-1) цикла вычислений. В первом счетчике запуска установлен запуска группы 8 начинают поступать тактовые импульсы от ГТИ 16. Первый прошедший через элемент И 14 импульс поступает на управляющие входы АЦП 1,2 и задним фронтом устанавливает триггер 12 в 1, при этом на элемен И 14 подается запрещающий потенциал и дальнейшее прохождение импульсов через И 14 на управляющие входы АЦПо 1,2 прекращается (см. фиг. За). Этот же импульс поступает на вход первой группы разрядов 9 счетчика 8, проходит через цепь ускоренного переноса счетчика (на чертеже не показана) и через элемент И 15 запускает , (см. фиг. 36). Таким образом, в начале первого частного цикла преобразователи АЦП0 и АЦП запускаются одновременно. Полученные дискретные отсчеты умножаются, суммируются с ранее накопленными результатами и запоминаются в блоке 7 памяти. Второ и последующие запуски АЦП/ 3,4 выполняются с интервалом дл импульсами, поступающими на элемент 15 с выхода первого счетчика 9 запуска. В течение частного цикла АЦПij 3,4 запускается т рф. .Через т тактов сигналом переноса из второго счетчик 10 запуска в третий счетчик 11 запус ка триггер 13. устанавливается в 1 а в счетчике 11 запуска записывается 1. На этом первый частный цикл получения дискретных отсчетов заканчивается. Перед началом второго частного цикла по команде управления записью информации содержимое разрядов трет го счетчика 11 запуска заносится в разряды первого счетчика 9 запуска обратном коде (обратный код числа (0000). Второй частный цикл аналогичен первому, однако первый запуск АЦП.- 3,4 относительно запуска АЦПд 1,2 сдвинут на интервалД С В общем случае первый запуск АЦП сдвинут относительно запуска АЦПр на интервал , а задержка между отсчетами в пределах цикла формируется по закону t(K +К5п)л, где К 0,1 (q-1) - номер частного цикла; К 0,1 (т-1) - число ординат в подцикле. Одновременно с получением дискрет ных отсчетов входных сигналов производится определение ординат прямой и обратной ветви КФ. Ординаты КФ R (,) вычисляются для К 0,1. (q-1), Kj 0,1 (m-1) . Рассмотрим определение по одной ординате прямой и обратной ветви КФ для i частного цикла j ординаты. Дли вычисления R C(i+qj)utl входные дискретные отсчеты X{(i+qj) йС и У t(i+jq)uLl умножаются. На выходе блока 5 умножения получаем произведениеX(i+qj)it y(itqj). В сумматор 6 из блока 7 памяти считывается частичная сумма произведений -1 циклов -1 (i()uLjYCe((j) ut- XgYc . 6 1e-1 В первом сумматоре 6 производится суммирование полученного произведения в S-м цикле с частичной суммой произведений, полученных в)-1 циклах. В результате получаем . e-i Аналогичным образом получаем значение ординат второй ветви КФ для S-ro цикла: RyxCti c -) е-1 После подключения к первому входу второго сумматора19 -генератора 21 псевдослучайных чисел коррелометр работает следующим образом (см. фиг. 4 а,б). Пусть перед началом -го цикла в ГПСЧ 21 находится число K,j . Это число заносится в обратном коде через группу элементов И-НЕ 18 в первый счетчик 9 запуска группы 8. По этой причине в первом частном цик ле первый запуск 3,4 сдвинут относительно запуска АЦП.j 1,2 на интервалК Г. По окойчанкн первого частного вычислений из второго счетчика 10 запуска поступает единица переноса. Перед началом второго частного цикла в первый счетчик 9 запуска заносится обратный код числа (КМ +1), В начале второго частного цикла запуск 3,4 сдвинут относительно запуска АЦПо 1.2 на интервал -i-l. Аналогично протекают остальные частныё циклы.-В общем случае первый за пуск АЦП 3,А сдвинут относительно запуска АЦП 1,2 на К где прини мает последовательно значения К,. , K.J + 1, ,.. q-1,0,1, ... . По окончании последнего частного цикла блок 20 сравнения формирует команду Конец цикла, по второй группе счетчиков запуска 8 сбрасывается в О, а в ГПСЧ 21 устанавливается очередное псевдослучайное число К которое Ьудет использовано для(форм рования сдвигов между отсчетами в следующем цикле вычислений. В (-t-D-M цикле вычислений в нач ле каждого частного цикла запуск Amijj 3,4 относительно запуска АЦП 1,2 сдвинут на интервал , где К последовательно принимает значения т/ тг КЛ,+1, q-1; 0; 1; +1 . 4-( Таким образом, генератор 21 псевдослучайных чисел задает в каждом цикле начальную фазу последовательности дискретизации отсчетов, которая меняется от цИкла .к циклу случайным образом. Временные диаграммы запуска АЦП при случайном характере выборки приведены на фиг. а,б. Диаграммы соответствуют соотношению параметров алгоритма, при которых полный цикл вычислений содержит 8 частных циклов, а длина последовательности псевдослучайных чисел равна 7. На диаграммах фиг. 3 и 4 частные циклы пронумерованы от О до 7 в соответствии со сдвигом запуска относительно запуска АЦП в начале каждого частного цикла. Процедура вычисления дискретных отсчетов аналогична описанной. Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит устранить погрешность синхронности при измерении высокочастотных процессов без увеличения времени измерения, так как в подциклах измерения выборка сигналов осуществляется по случайному закону, без введения случайных интервалов, как В прототипе между подциклами измерения, которое увеличивает общее время измерения.

фиг. О 1 2 J 5 6 7 0123

ift/ff/r Вм(/слен1/1/Ци/ л вь/Vi/cjfeHi/i/

ФигЛ 5 6 7 01