Цифровой автокоррелятор Советский патент 1985 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к измерению нестабильности частоты и предназначе но для вычисления огибающей корреляционной функции сигналов, стабильных по частоте, имеющих среднеквадратическую относительную случайную вариацию частоты менее 1 10 , Известен цифровой коррелятор, предназначенный для вычисления огибающей корреляционной функции узкополосных сигналов, содержащий блоки умножения, фильтры низких частот, временные квантователи, ограничители линии задержки, генератор опорных напряжений, накапливакяций сумматор . Недостатком коррелятора является отсутствие возможности вычислить оги бающую корреляционной функции сигналов, стабильных по частоте, поскольку принцип действия этого коррелятора предполагает, что несущая частота узкополосного сигнала с абсолютной погрешностью значительно меньшей ширины спектра исследуемого сигнала. Для сигналов, стабильных по частоте, это условие не выполняется. Наиболее близким к предлагаемому устройству является коррелятор парал лельного действия, содержащий входной блок памяти на М ячеек, М блоков умножения и сумматоров, два аналогоцифровых преобразователя, генератор импульсов. Первым входом устройства является первый вход первого аналого-цифрового преобразователя (АЦП),, выход которого параллельно подключен X первым входам блоков умножения. К вторым входам блоков умножения подключены выходы соответствукяцих ячеек входного блока памяти. Второй вхо устройства последовательно подключен к первому входу второго А1Щ, первому входу входного блока памяти, второй вход которого объединен с вторыми входами АЦП и подключен к выходу генератора импульсов. Выходы блоков ум ножения подключены через соответству кндие сумматоры к соответствукщим выходам устройства 2j . Недостатком известного коррелятора является то, что он не позволяет вычислить огибающую корреляционной функции сигналов, стабильных по частете. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей коррелятора 11 7I путем определения огибающей корреляционной функции сигналов, стабильных по частоте. Поставленная цель -достигается тем, что в цифровой автокоррелятор, содержащий первую группу из М блоков умножения, выходы которых соединены соответственно с входами М сумматоров первой группы, два АЦП, выход первого из которых соединен с информационным входом первого блока памяти из М ячеек, вход синхронизации первого АЦП и вход управления записью первого блока памяти объединены и подключены к выходу генератора импульсов, введены блок задержки импульсов, второй блок памяти, вторая группа из М блоков умножения, вторая группа из М сумматоров, входы которых подключены к выходам соответс -в хэщих блоков умножения второй группы, первые входы которых объединены с первыьш входами блоков умножения первой группы и подключены к выходу первой ячейки первого блока памяти, второй вход i-ro (,M) блока умножения первой группы подключен к выходу i-й ячейки первого блока памяти, второй вход i-ro блока умножения второй группы - к выходу i-й ячейки второго блока памяти, информационный вход которого подключен Гч выходу второго АЦП, вход управления записью второго блока памяти объединен с входом синхронизации второго АЦП и подключен к выходу блока задержки импульсов, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, управляющий вход блока задержки объединен с информационными входами АЦП и является информационным входом автокоррелятора, выходы сумматоров первой и второй групп являются выходами автокоррелятора. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого автокоррелятора. Вход устройства параллельно подключен к информационным входам АЦП 1 и 2, а также к управлягацему входу блокад 3 задержки импульсов. Выход генератора 4 импульсов подключен к объединенньш входам синхронизации АЦП 1 и управления записью блока 5 памяти, а также к блоку 3 задержки импульсов. Информационный вход второго блока б памяти подключен к выходу АЦП 2. Вход синхроннаащш АЦП 2 и вход управления записью второго блока 6 памяти объединены и подключены к выходу блока 3 задержки импульсов. Выход пер&ой ячейки первого блок 5 памяти параллельно подключен к первым входам блоков 7 умножения первой группы и блоков 8 умножения второй группы, выходы которых соответственно через сумматоры 9 первой группы и сумматоры 10 второй группы подключены к соответствукшщм выходам устройства. Цифровой автокоррелятор работает следующим образом. АЦП 1 осуществляет дискретизацию во времени входного сигнала по синхроимпульсам генератора 4 импульсов, по которым, кроме того, осуществляет ся прием дискретизированного сигнала в первую ячейку первого блока 5 памяти. С приходом первого синхроимпульса происходит прием первого дискретизированного сигнала в первую ячейку первого блока 5 памяти, и начинают работать первый блок 7 умноже ния первой группы и сумматор 9 первой группы, в которых происходит возведе ние в квадрат поступивших сигналов и накопление их суммы. Цикл работы при этом повторяется с приходом каждого последующего синхроимпульса. В перво су№ аторе 9 первой группы накапливается сумма Z х2.,(1) , 1 где х - i-e значение входного сигна ла;. N - объем выборки входного сигнала. При этом в первом сумматоре 9 пер вой группы накапливается сумма, соот ветствующая первой точке корреляцион ной функции, во втором сумматоре 9 первой группы - сумма,соответствующая второй точке корреляционной функ ции, аналогично в остальных сумматорах 9 первой группы накапливаются суммы, соответствующие точкам корреляционной функции, причем величина дискретных задержек IJ равна периоду следования синхроимпульсов. В этом случае первая точка корреляционной функции соответствует текущей задерж ке О с, вторая точка - задержке С се кунд третья точка - задержке 2 секунд, К-я точка - задержке (К-1) секунд. 1 774 Блок 3 задержки импульсов обеспечивает задержку синхроимпульсов, поступдющих с генератора 4 импульсов на интервал времени, равньй четверти периода исследуемого сигнала. При этом АЦП 2 осуществляет дискретизацию по времени входного сигнала по синхроимпульсам, получаемым на выходе блока 3 задержки импульсов, по кбторым, кроме того, осуществляется прием дискретизированного сигнала в первую ячейку второго блока 6 памяти и сдвиг содержимого ячеек второго блока 6 памяти. Работа блоков 8 умножения второй группы и сумматоров 10 второй групгш аналогична работе блоков 7 умножения первой группы н сумматоров 9 первой группы, причем в первом сумматоре 10 второй группы накапливается сумма, соответствунщая точке корреляционной функции, для которой текущая задержка равна (О+Т/4) секунд, где Т период исследуемого сигнала, во вто- ром дополнительном сумматоре сумма соответствует текущей задержке С + +Т/4) секунд, в третьем - задержке (2J +Т/4) секунд, в К-м - задержке (К-1) )секунд. При зтом мож- но показать, что значение К-й ординаты огибающей корреляционной функции сигнала, стабильного по частоте равно У, л|у1, У,«, , (2) где У) - значение К-й ординаты огибакхцей корреляционной функции исследуемого сигнала; y,q - результат измерения, накопленный в К-м сумматоре 9i УКЮ результат измерения, накопленный в К-м сумматоре 10. Техническая реализация устройства: может &1ть осуществлена с использованием элементов цифровой вычислительной техники. Разрядность АЦП 1 и 2 определяется заданной точностью оценки корреляционной функции и быстродействием устройства. Блоки 5 и 6 памяти представляют собой набор регистров сдвига, число которых в аждом из блоков памяти равно числу азрядов АЦП, а разрядность - числу ординат огибающей корреляционной ункции М. Произведен сравнительный анализ редложенного устройства с известным стройством типа Х6-4, позволяющий

вычислять 100 точек корреляционной функции исследуемого сигнала, стабильного по частоте, с частотой например 250 кГц. При этом шаг задержки времени не может быть более 1,23-10 с, а общая протяженность корреляционной функ1щи, соответственно, - более 1,25-10 с.

Для анализа сигналов, стабильных по частоте, требуется вычисление огибающей корреляционной функций большей протяженности. Известными средствами эта задача не решается.

Предлагаемое устройство в тех же условиях, что и известное, позволяе

увеличить шаг задержки времени до 1 с и более , т.-е. в 10 раз. Это дает возможность вычислять огибающую корреляционной функции общей протяженностью более 100 с.

Применение предлагаемого устройства наиболее эффективно при исследовании причин возникновения шумов высокостабильных источников гармонических колебаний и поэтому устройство может найти применение в метрологии и высокоточных измерительных системах.

ЦИФРОВОЙ АВТОКОРРЕЛЯТОР, содержащий первую группу из М блоков умножения, выходы которых соединены соответственно с входами М сумматоров первой группы, два аналого-цифровых преобразователя, выход первого из которых соединен с информационным входом первого блока памяти из М ячеек, вход синхронизации первого аналого-цифрового преобразователя и вход управления записью первого блока па мяти объединены и подключены к выходу генератора импульсов, о т л и -. чающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем определения огибающей корреляционной функции сигналов, стабильных по частоте, в него введены блок задержки импульсов, второй блок памяти, вторая группа из М блоков умножения, вторая группа из М сумматоров, входы которых подключены к выходам соответствующих блоков умножения второй группы, первые входы которых объединены с первыми входами блоков умножения первой группы и подключены к выходу первой ячейки первого блока памяти, второй вход i-ro (,M) блока умножения первой группы подключен к выходу i-й ячейки первого блока памяти, второй вход i-ro блока умножения второй группы подключен к выходу i-и ячейки второго блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, (Л вход управления записью второго блока памяти объединен, с входом синхронизации второго аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу блока задержки импульсов, информационный вход которого подключен к выходу генератора импульсов, управляющий вход блока задержки объединен с ин;4а формационными входами аналого-цифро вых преобразователей и является инND формационным входом автокоррелятора, ч1 выходы сумматоров первой и второй 4j групп являются выходами автокоррелятора.