Многоканальный многомерный цифровой коррелометр Советский патент 1987 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначено для измерения в реальном масштабе времени взаимной корреляционной функции (ВКФ) двух многомерных случай-5 Xj(t), у(t) обрабатываемых процессов ных процессов, имеющих п и п случайотсчетами. Счётчик 6 адреса формирует код адреса при обращении к блоку 5 памяти.. Блок 7 выбора сомножителей вводит пары отсчетов составляющих

t5

ных составляющих, (вычисляется матрица корреляционных функций размера п,х 2nj функций, причем все элементы- (функции матрицы вычисляются одно- О временно) и может быть использовано в системах автоматического управления, обработки измерительной информации, .технологического контроля, технической диагностики и т.д.

Цель изобретения - повышение быстродействия .

На фиг.1 представлена структурная схема коррелометра; на фиг.2 - схема блока выбора сомножителей.

Коррелометр (фиг.1) содержит аналого-цифровые преобразователи 1 j , . .. ..., 1 . первую 2 (,...,2 и вторую 3, ,,. , ..., 3 „ группы регистров, арифметический блок 4, блок 5 памяти, счетчик 6 адреса, блок 7 выбора сомножителей, блок 8 синхронизации, блок 9 задания режима, первое 10 и второе 11 монтажные ИЛИ.

20

25

X(t), Y(t) в арифметический блок 4.

Распределение элементов И в блоке 7 между группами в предела каналов следующее. В перв-эм канале 18 группы и 19-3 содержат по одному элементу И, а группы 19-2 и 19-4 по (п-1) элемента И; во втором канале 8 группы 19-1 и 19-3 содержат по два элемента И, а группы 19-2 и 19-4 - по (п-2) элемента И| в i-м канале 18 группы 19-1 и 19-3 содержат по i элементов И, а группы 19-2 и 19-4 - по (n-i) элементов И, в последнем канале группы 19-1 и 19-3 содержат по (п-1)/2 элементов И, а группы 19-2 и 19-4 - по (п+1)/2 элементов И при. п нечетном, и все четыре группы содержат по п/2 элементов И припчетном.

При задании режима работы из блока 9 выбирается канал 18, порядковый номер которого равен числу составляющих п, первого обрабатываемого процесса X(t) (предполагается, что п,б in) .

Блок выбора сомножителей (фиг.2) содержит элементы И 12, триггер 13, первый и второй дешифраторы 14 и 15, функциональные связи 14-1, 14-2, 14-3,...,15-1, 15-2, 15-3,.. между выходами дешифраторов 14 и 15 и третьими входами элементов И 12, первьш и второй счетчики 16 и 17, m каналов 18, группы 19п элементов И.

Информационные входы АЦП являюся

входами коррелометра и подключаются к 40 этом в соответствии с заданным режи- составляющим обрабатываемых процессов ° работы с помощью элементов И выб- --.- -j ранного канала 8 в определенном порядX(t) ,(t), X2(t),..., Хр (t)j , ке из групп регистров 2 и 3 в арифмеY(t) ГУ (t) Уг(),..., у (t)l . тический блок 4 вводятся пары дискрет 45 отсчетов обрабатываемых процессов АЦП представляют составляющие обрабатываемых процессов последовательностями дискретных отсчетов. С помощью групп регистров 2 и 3 запоминают.и вьшолняюся необходимые вычисления.

Блок 8 синхронизации формирует

.управляющие сигналы по запуску АЦП и

синхронизации совместной работы блося дискретные отсчеты на время их об-

работки и образуется временный сдвиг между отсчетами. Арифметический блок 4 выполняет основные арифметические операции по обработке отсчетов - умножение и суммирование произведений. Блок 5 памяти используется для хранения промежуточных результатов вычислений - сумм произведений отсчетов с одинаковым временным сдвигом между

Xj(t), у(t) обрабатываемых процессов

отсчетами. Счётчик 6 адреса формирует код адреса при обращении к блоку 5 памяти.. Блок 7 выбора сомножителей вводит пары отсчетов составляющих

Xj(t), у(t) обрабатываемых процессов

5

О

0

5

0

X(t), Y(t) в арифметический блок 4.

Распределение элементов И в блоке 7 между группами в предела каналов следующее. В перв-эм канале 18 группы и 19-3 содержат по одному элементу И, а группы 19-2 и 19-4 по (п-1) элемента И; во втором канале 8 группы 19-1 и 19-3 содержат по два элемента И, а группы 19-2 и 19-4 - по (п-2) элемента И| в i-м канале 18 группы 19-1 и 19-3 содержат по i элементов И, а группы 19-2 и 19-4 - по (n-i) элементов И, в последнем канале группы 19-1 и 19-3 содержат по (п-1)/2 элементов И, а группы 19-2 и 19-4 - по (п+1)/2 элементов И при. п нечетном, и все четыре группы содержат по п/2 элементов И припчетном.

При задании режима работы из блока 9 выбирается канал 18, порядковый номер которого равен числу составляющих п, первого обрабатываемого процесса X(t) (предполагается, что п,б in) .

Счетчики 16 и 17 пересчитывают тактовые импульсы, поступающие в блок 7 выбора из блока 8 в пределах частотного цикла вычислений. Коэффициент 5 пересчета первого счетчика 16 навливается из блока 9 равным п, ,.а второго 17 - равным п.

Состояние счетчиков 16 и 17 деш1ф- рируется дешифраторами 14 и 15, при

отсчетов обрабатываемых процессов

.и вьшолняюся необходимые вычисления.

Блок 8 синхронизации формирует

.управляющие сигналы по запуску АЦП и

синхронизации совместной работы блоJQ ков 4,5,6 и 8.

55

Коррелометр работает следующим образом.

При организации вычислений составляющие первого обрабатываемого процесса

r(t) x,(t) X2(t)Xn(t)

подключаются по порядку к входам коррелометра с первого по и,-и,

31305

Составляющие второго обрабатываемого процесса

(t) у, (t), yjt)yn,(t)

подключаются к входам коррелометра с

номерами (п|+ 1) - (п,+ п) При этом предполагается, что

п где n,s,

n n,

п ,j - число составляющих пер- вого и второго обрабатываемых процессов; п - число входов коррелометра.

Затем, в соответствиис параметрами (мерностью) п, и п обрабатываемых

процессов X(t), Y(t) с выходов блока 9 задания режима устанавливаются коэффициенты пересчета счетчиков 16 и 17 и выбирается nj-й канал 18 элементов И.., Процесс обработки процессов X(t), Y(t) состоит из N полных циклов (до достижения- заданной статистической точности)J в течение каждого из них вычисляется по одному произведению для всех значений временного сдвига kb ((k 0,1,...,га - 1) между отсчетами обрабатываемых.процессов, всего за цикл вычисляются Zninjm произведений .

Каждый полный цикл состоит из m частных циклов. В течение одного частного цикла вычисляются все произведения для одного значения временного

всего 2n

, n произведении.

цикл состоит из 2п,, п

так- прои

так- произ40

тов. в течение такта получается ведение одной из пар отсчетов

x; lmu j.y,(m + Ubt, x;(|m + k)u C.yi mu,

где i i,2,. ,,,n, ; j 1,2,...,n.

Полученное произведение добавляется в арифметическом блоке 4 к частичной сумме произведений отсчетов тех же процессов с таким же временным сдвигом, полученной в предьщущих 50 циклах вычислений, и.получается новая . частичная сумма.

При работе коррелометра в группу регистров 2 .с первого по п, -и постутры 2 И 3 С (П| + 1)-го по ( )-й Отсчеты из первой группы 35 регистров 2. и у, mu t J из ( 1)-й группы регистров 3 вводятся в блок 4 Далее из блока 5 по команде .с. пятого выхода блока 8 считывается сумма

„(0) |: X, Ый г. у. т Ь- ,

к этой сумме по команде с шестого вы хода блока 8 добавляется произведени П.|(0) х,- ть7: у,тй г: ,

при этом получается новая сумма

Г„(0) Z: , ,

которая записывается в блок 5.

В конце Такта добавляется 1 в

пают отсчеты х, ,(Ъа + k) л - х„, ( счетчик 6 адреса и в счетчик 16 бло+ k)ut , а в регистры с (п( + 1)-го ПО (п, + П2)-й - отсчеты у, ni u t - - у в группу регистров 3 с

ка 7, при этом с второго выхода дешифратора 14 ji с первого выхода дешифратора 15 через второй элемент И

20

40

tO .5

25 п

первого по П|-и поступают отсчеты х,тй ь - ., а в регистры с (п, + 1)-го по (п + )-й - отсчеты у, У(,Ый о, причем в группу регистров 2 отсчеты вводятся из АЦП в первый такт, каждого частного цикла, а в группу регистров 3 - только в начале цикла в первый такт первого частного цикла.

Рассмотрим порядок работы коррелометра в течение -5 -го полного цикла вычислений. В исходном состоянии в начале цикла счетчик 6 адреса, счетчики 16 и 17 и триггер 13 находятся в нулевом состоянии. Б выбранном из блока 9 П|-м канале 18 с триггера 13 подано разрешение на группы 19-1, 19-4 элементов И, ас первых выходов дешифраторов 14 и 15 подано разреше- бие на первые элементы И в группах 19-1, 19-4, с выходов которых подано разрешение на первые yпpaвляющIie входы первого регистра 2 группы и (п, + 1)-го регистра 3 группы. Очередной тактовьш импульс с третьего выхода блока В запускает АЦП 1. Далее по командам с второго и четвертого зько- дов блока 8 в группы регистров 2 и 3 . из АЦП 1 вводятся отсчеты х, ) m u cl , где i 1,2,...,,П| (в регистры 2 и 3 с первого по ) и отсчеты ylpraut где j 1,2,...-,п (в регис Г-,. л f .

тры 2 И 3 С (П| + 1)-го по ( )-й. Отсчеты из первой группы 35 регистров 2. и у, mu t J из ( 1)-й группы регистров 3 вводятся в блок 4. Далее из блока 5 по команде .с. пятого выхода блока 8 считывается сумма

„(0) |: X, Ый г. у. т Ь- ,

к этой сумме по команде с шестого вы- хода блока 8 добавляется произведение П.|(0) х,- ть7: у,тй г: ,

при этом получается новая сумма

Г„(0) Z: , ,

которая записывается в блок 5.

В конце Такта добавляется 1 в

четчик 6 адреса и в счетчик 16 блока 7, при этом с второго выхода дешифратора 14 ji с первого выхода дешифратора 15 через второй элемент И

группы 19-1 и первый элемент И группы 19-4 подается разрешение на вторую группу регистров 2 и (П( + 1)-ю группу регистров 3.

Во втором такте первого частного , гдакла -го полного цикла из блока 5 считывается сумма

-1

-1

Г„(0) Ilxjlmutl-y, but,

К ней добавляется произведение П:},/0) X5 - fflu .y,niut

и новая сумма Г. (0) записывается в блок 5.

Порядок работы в течение первых (п, Hji) тактов частного цикла аналогичен рассмотренным двз тактам. Из регистров с первого по П(-й групп 2 и из регистров с (п + 1)-го по (п + п)-й группы 3 в блок 4 вводятся пары отсчетов

х; тл с , , где i t,

k I

.n

( 1

j- 1,2,...,n

z

получаются произведения (0), ко,

торые добавляются к суммам (0)

. - - 5 .

).

и получаются новые

Таким образом, в течение первого частного цикла получается 2 п произведений отсчетов с нулевым сдвигом.

По окончании вычислений в блоке содержится взаимная корреляционная функущя двух многомерных процессов

TCt) и T(t),

которая представляет собой матрицу КФ вида RxTy, (ЬЛП , (kut)...RxJ у, (ku)

Rx j yj (kut) (ku t ) .. .Rx y (kit)

)

Rx, yn CkA-t) Rxjyn(ku &) .

Rx,yf() ). Rx,yf(kiit) Rxjyf(kuc).

Rx,(ku) Rx2ynVku)..,Rx,,yn ;(ku ) Мат-рица содержит 2n, HJ функций, каж- дал представлена m ординатами. Учитывая, что каждая ВКФ состоит из двух ветйей,, матрица содержит п полных ВКФ.

При организации вычислений параметры п,, Hj могут изменяться в пределах п, 1 - п/2 (или (п - 1)/2), п 1 - (п - 1) при выполнении усло ВИЙ п, п, п, п п, что значительно расширяет функциональные возможности коррелометра.

0

5

0

5

0

5

Q

5

0

5

Формула изобретения

1. Многоканальный многомерный цифровой коррелометр, содержащий группу из п (п - число многомерных случайных процессов, натуральное число) аналого- цифропых преобразователей, информационные входы котррьпс являются информа- ционньши входами коррелометра, две группы регистров, блок памяти, арифметический блок, счетчик адреса, блок выбора сомножителей и блок синхронизации, первый выход которого соединен с тактовым входом счетчика адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти, информационные входы регистров, обеих групп соединены с выходами соответствующих аналого- цифровых преобразователей группы, выходы регистров первой группы объединены через первое монтажное ИЛИ и подключены к первому информационному входу арифметического блока, второй информационный вход которого соединен с объединенными через второе монтажное ИЛИ выходами регистров второй группы, третий информационный вход арифметического блока соединен с информационным выходом блока памяти,, информационный вход которого соединен с выходом арифметического блока, первая и вторая группы выходов блока выбора сомножителей соединены соот- зетственно с входами разрешения считывания регистров первой и второй групп, второй выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами регистров первой группы, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен блок задания режима, выходы значений коэффициентов пересчета которого соединены с соответствуюшями входами управления выбором пар сомножителей блока выбора сомножителей, выход которого соединен с входом начальной установки блока синхронизации, вход задания режима которого соединен с информационным выходом блока задания режима, третий выход блока синхрони10

зации соединен с входами запуска аналого-цифровых преобразователей, четвертый выход блока синхронизации сое7 динен с тактовыми входами регистров второй группы, пятый выход блока син- 5 хронизации соединен с входом разрешения записи-считывания блока памяти,

шестой, выход блока синхронизации соединен с входом синхронизахщи арифметического блока.

2. Коррелометр по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что блок выбора сомножителей содержит два дешифратора, два счетчика, триггер и m каналов

.„п-1 15

(т п/2 прип-четном, m -j- при

п - нечетном, m - число режимов работы коррелометра), каждый i-й канал (i 1,2,...,in) содержит первую группу

из i элементов И, вторую группу из п - i элементов И, третью группу из i элементов И и четвертую группу из n-i элементов И, первые входы элементов И групп каждого канала объединены

и являются первым входом управления 25 выбором пар сомножителей блока, вторые входы элементов И первой и четвер20

На вмды 5лока 2

той групп каждого канала объединены и подключены к нулевому выходу триггера, вторые входы элементов И второй и третьей групп каждого канала объединены и подключены к единичному выходу триггера, третьи входы одноименных элементов И первой и третьей групп объединены и подключены к выходам первого дешифратора, входы которого подключены к выходам первого счетчика, третьи входы одноименных элементов И второй и четвертой групп объединены и подключены к выходам второго дешифратора, входы которого подключены к выходам второго счетчика, счетный вход второго счетчика подключен к выходу первого счетчика, а выход - к счетному входу триггера, информационные входы первого и второго счетчиков являются соответственно вторым и третьим входами управления выбором пар сомнолп - телей блока, выходы элементов И первой и второй групп являются первой группой выходов блока, вьпсоды элементов И третьей и четвертой групп являются второй группой выходов блока.

На входы бмка 3

.-4-4-I-11-tч jiprtl t ft -j t 15 t. №Ttr;Wt, п-з 7 5Tt

gigia УГ йшгтт

ДБШПГ 5 .J

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для измерения в реальном масштабе времени взаимной корреляционной функции (ВКФ) двух многомерных случайных процессов, имеющих п и п составляющих. Цель изобретения - по- вьшение быстродействия и снижение объема оборудования при вычислении ВКФ двух многомерных случайных процессов. Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи 1,- 1,, первую 2 и вторую 3 группы регис- тров, арифметический блок 4, блок 5 памяти, счетчик адреса 6, блок 7 выбора сомножителей, блок 8 синхронизации, блок 9 задания режима, первый и второй монтажные элементы ИЛИ 10. и 11. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

Составитель Е.Ефимова Редактор В.Данко Техред В.Кадар . Корректор А.Обручар

Закаэ 1454/48

Тираж 673 , . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4