Цифровой коррелятор Советский патент 1987 года по МПК G06F17/15 

11328

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может применяться для обработки, данных,полученных с выхода цифровых адаптивных информационно-измерительных систем (ЦАИИС).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет воз

можности анализа случайного процесса, ю текущего интервала корреляции. Перепредставленного неравноотстоящими от- множение каждой пары отсчетов, т.е.

счетами, путем обработки слабокоррелированных выборок.

На фиг. 1 представлена структурная схема коррелятора; на фиг. 2 - схема фиксатора сдвига.

Цифровой коррелятор (фиг. 1) содержит информационный вход 1, регистр 2 сдвига, первый 3 и .второй 4 блоки ;

памяти, первый 5, второй 6 блоки умножения, первьш 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, третий 9 и четвер- тьй 10 блоки йамяти, блок 11 синхронизации, выходы 12, N фиксаторов 13 сдвига, п-разрядный регистр 14 сдвига переключатель 15, первый 16 и второй 17 элементы ИЛИ, стробируюшлй вход 18 тактовый вход 19.

Фиксатор сдвига (фиг. 2) содержит

RS-триггер 20, элемент И 21, входы 22-24, переключатель 25, счетчик 26, выход 27.

Коррелятор работает следующим образом.

Перед началом измерения корреляци- gg рез интервал корреляции, а поэтому

онной функции все блоки 3, 4, 9 10 памяти, сумматоры 7 и 8, регистр 14, RS-триггеры 20, счетчики 26 в каждом блоке 13 обнуляются. Коды отсчетов, сопровождающие их строб-импульсы и тактовые импульсы, поступают соответственно на входы 1, 18 и 19. Вся эта информация может посту- |пать как непосредственно с выхода

слабокоррелированных. Это позволяет пренебречь степенью коррелированнос ти частичных произведений при оценк точности по каждой ординате,

этом случае определяется значением самой ординаты и объемом выборки по ней.

Коды отсчетов поступают в коррел тор в определенные момен-ты времени.

ЦАИИСр так и с выхода блока воспроиз- 45 обозначаемые тактовыми импульсами.

ведения с магнитной ленты.

Для анализа нерегулярной последо- рательности отсчетов переключатели ,15 и 25 замыкаются.

Ординаты корреляционной функции 1ПО неравноотсящим отсчетам формируют- :ся путем накопления частичных произведений, получаемых перемножением пар отсчетов. Интервал сдвига между отсчетами, образующих частичное произ- ведение, является аргументом корреляционной функции. Частичные произведения со всеми возможными сдвигами формируются в промежутках между приходом

отсчетов. Каждое частичное произведение формируется из вновь пришедшего отсчета и всеми предьщущими на текущем интервале корреляции. «.Каждый вновь пришедший отсчет до прихода следующего должен поочередно умножится на все предыдущее, начиная с самого раннего, пришедшего за время

формирование частичных произведений, разрешается при одновременном выполнении условий:

1) оба сомножителя являются кодами отсчетов, а не нулевыми пробелами;

0

5

2)объем выборки по ординате корреляционной функции с аргументом, равным интервалу сдвига между пере- множаемьми отсчетами, не достцг заданного значения;

3)интервал сдвига между данными отсчетами зафиксирован в текущем интервале впервые.

Выполнение последнего условия позволяет для каждой ординаты корреляционной функции формировать частичные произведения только из одной пары отсчетов среди всех возможных на каждом 0 интервале корреляции пар отсчетов с соответствуюпдам сдвигом внутри пары. Следовательно, соответствующие ординаты корреляционной функции формируются парами отсчетов, выбранных чеслабокоррелированных. Это позволяет пренебречь степенью коррелированнос- ти частичных произведений при оценке точности по каждой ординате,

этом случае определяется значением самой ординаты и объемом выборки по ней.

Коды отсчетов поступают в коррелятор в определенные момен-ты времени.

Код каждого отсчета, кроме того,сопровождается строб-импульсом.Вновь пришедший код отсчета записывается одновременно в регистр 2 и в первую

ячейку блока 3 памяти. Запись произодится синхроимпульсом, прошедшим на входы записи указанных блоков и- на вход записи блока памяти. При этом содержимое блоков 3 и 4. памяти

сдвигается на разряд вправо, причем содержимое из последней ячейки блока 3 памяти переписывается в первую ячейку блока 4 памяти. Одновременно тот же синхроимпульс, поступая, на

3

вход записи регистра 14, сдвигает на. разряд вправо его содержимое, а в его первый разряд записывается логическая 1 от строб-импульса,пшедшего на информационный вход регистра.

При отсутствии отсчета на данно такте в первую ячейку блока памяти записывается нулевой пробел в О первый разряд регистра 14. Такая регулярная по синхроимпульсам запи

в блоки 3 и 4 памяти, в регистр 14 при нерегулярном поступлении отсчетов, сопровождаемых строб-импульсами, 15 ционной функции на вькод 12, к котоции вьщает со своего первого выхода пачку формирующих импульсов, а со второго - с задержкой пачку импульсов опроса. Периоды повторения для импуль сов каждой пачки одинаковы. Условия (1-3) проверяются одновременно для двух пар сомножителей: содержимое регистра 2 - первьм сомножитель - не меняется, а вторые сомножители последовательно считываются импульсами опроса из блоков 3 и 4 памяти, синхронно с этим из блоков 9 и 10 памяти отсчитываются ординаты коррелярасполагает коды отсчетов в блоках 3 и 4 памяти аналогично 1 в разрядах р егистра сдвига, в зависимости от темпа их поступления. В свою очередь расположение 1 в разрядах регистра 14 говорит о наличии отсчетов на соответствующих предыдуш;их тактах текущего интервала корреляции независимо от значений самих отсчетов.

Таким образом, разряды регистра t4 содержат информацию о временном положении отсчетов на текущем интервале корреляции, а в блоках 3 и 4 памяти содержатся сами значения этих отсчетов. Этим исключается принятие отсутствия отсчета (нулевого пробела) за отсчет с нулевым значением или наоборот. Период следования тактовых импульсов равен минимальному такту поступления отсчетов и задает шаг At аргумента корреляционной функции.

Код вновь пришедшего отсчета,подаваемого с выхода регистра 2 на первые входы блока 5 и 6 умножения, является первым сомножителем. На вторые входы этих же блоков подаются вторые сомножителя - содержимое последних ячеек блоков памяти соответственно.

Одновременное выполнение условий (1-3) открьшает элемент И 21 для прохождения перврго формирующего имПеремножение сомножителей «- формирование частичного произведения - разре 45 .пуса через тот фиксатор 13 сдвига, шено для этой пары сомножителей, для в котором эти условия выполняются, которой выполняются условия (1-3). Допустим, что они выполнялись только

Проверка этих условий для всех воз- в (N/2)-M фиксаторе 13 сдвига, т.е. можных на текущем интервале корреляций сомножителей происходит в цикле 50 формирования частичных произведений, запускаемом после прихода каждого

частичное произведение со сдвигом (N/2-l)Af должно быть сформирована Формирующий импульс проходит на выход 27 (N/2)-ro фиксатора 13 сдвига, затем через элемент ИЛИ 16 - на уп- правляющий вход блока 5 умножения и 55 производит-формирование частичного произведения, которое в сумматоре 7 складывается с соответствующей текущей ординатой корреляционной функции подаваемой на второй вход последнего

отсчета, сопровождаемого строб-импульсом. Последний поступает, в частности, на вход запуска блока 11 синхронизации. Через время задержки atj, состоящего из времени записи в регистр 2 и времени сдвига содержимого в блоке памяти, блок 11 синхронизационной функции на вькод 12, к котоции вьщает со своего первого выхода пачку формирующих импульсов, а со второго - с задержкой пачку импульсов опроса. Периоды повторения для импульсов каждой пачки одинаковы. Условия (1-3) проверяются одновременно для двух пар сомножителей: содержимое регистра 2 - первьм сомножитель - не меняется, а вторые сомножители последовательно считываются импульсами опроса из блоков 3 и 4 памяти, синхронно с этим из блоков 9 и 10 памяти отсчитываются ординаты корреля

рым в случае выполнения условий (1-3) прибавятся соответствующие частичные произведения.

Первыми в цикле отбора проверяют- ся условия (1-3) для двух пар сомножителей с интервалами сдвига (N/2-1) и (N-1), которые уже подаются на вхо-. е блоков 7 и 9 умножения с выхода регистра 2 и из последних (N/2)-x ячеек блоков 3 и 4 памяти. Проверка условий (1-3) для этих двух пар произ водится соответственно в (Ы/2)-м и N-M фиксаторах сдвига 13. Первый сомножитель - вновь пришедший отсчет - всегда удовлетворяет условию (1),так как цикл формирования част1 шых произведений запускается с его приходом. Условие (1) для вторых сомножите- - лей проверяется по наличию 1 в, ,(N/2)-миN-м разрядах регистра 14, которые соединены с входами 24 одно- biMeHHbix фиксаторов 13 сдвига. на нверсном выходе переноса счетчика 26 свидетельствует о выполнении ус- ловия (2), а 1 на инверсном выходе RS-триггера 20 - условия (3).

Одновременное выполнение условий (1-3) открьшает элемент И 21 для прохождения перврго формирующего им

пуса через тот фиксатор 13 сдвига, в котором эти условия выполняются, Допустим, что они выполнялись только

в (N/2)-M фиксаторе 13 сдвига, т.е.

частичное произведение со сдвигом (N/2-l)Af должно быть сформирована Формирующий импульс проходит на выход 27 (N/2)-ro фиксатора 13 сдвига, затем через элемент ИЛИ 16 - на уп- правляющий вход блока 5 умножения и производит-формирование частичного произведения, которое в сумматоре 7 складывается с соответствующей текущей ординатой корреляционной функции, подаваемой на второй вход последнего

из (Ы/2)-й ячейки блока 9 памяти.Обновленная текущая ордината с выхода сумматора 7 подается на вход этого же блока-9. В (N/2)-M фиксаторе 13 сдвига после прохождения первого в цикле формирования формирующего импульса происходит опрокидывание триггера 20 и увеличение на 1 содержимого счетчика 26. До тех пор пока триггер 20 не установлен в исходное состояние, формирующие импульсы не проходят через (К/2)-й фиксатор 13 сдвига, т.е. не формируется частичное произведение со сдвигом (N/2-1)d , так как не выполняется условие (1) при выполнении остальных условий (2 и 3).

Невыполнение какод о-либо из условий (1-3) в N-M фиксаторе 13 сдвига приводит к тому, что первый в цикле формирования формирующий импульс не проходит через этот фиксатор сдвига. На выходе блока 6 умножения О, который и поступает на первый

ке условия U-3) сомножители со сдвигом (N/2-2)4 , которые в случае выполнения условий (1-3) просуммируют- ся с текущими ординатами аргументов (N/2-2)417 и (N-Z) дС . Задержка между первыми импульсами формирующими и

опроса

Зсро -пр

-C(W6

где t

пр

время прохождения формирующего импуль са через блок 11 и через фиксатор

JO

српк суммарное время срабасдвига,

тывания одного блока умножения и сумматора.

После того, как происходит первый сдвиг содержимого во всех блоках па-15 мяти от первого импульса опроса,блок 11 синхронизации вьздает со своего выхода второй формирующий импульс, который поступает на вторые входы одновременно (N/2-1)-ro и (N-l)-ro фиксаторов 13 сдвига. В этих фиксаторах сдвига проверяются условия (1-3) для сомножителей со сдвигами соответственно (N/2-2) и (N-2), которые уже поданы на входы блоков 5 и 6 умноже20

вход сумматора 8, на второй вход ко- 25 ния. Проверка условий и формирование

торого поступает из последней (М/2)-й ячейки блока 10 памяти последняя текущая ордината текущей корреляционной функции самого больщого аргумента (N-1) &1 . В сумматоре 8 эта ордината сложится с О и это значение подается на вход блока 10.

Таким образом, сумматоры 7 и 8 содержат соответственно обновленную текущую ординату аргумента (N/2-1) и переднюю текущую ординату аргумента (N-IJ&t, этих ординат в те же блоки памяти, но уже в их первые ячейки происходит по первому импульсу опроса, поступающему, в частности, на входы записи блоков 9 и 10 памяти. При этом содержимое этих блоков памяти сдвигается на разряд вправо. На выходе этих блоков памяти появляются ординаты аргументов соответственно (N/2-2) и (N-2).

Одновременно первьш импульс опроса, поступив на входы считывания блоков 3 и 4 памяти, сдвигает их содерв случае выполнения (1-3) частичных произведений со сдвигами (Н/2-2).й и (N-2)4 t происходит так же, как и на предьщущем шаге.

30 Второй импульс опроса записывает текущие ординаты аргументов (N/2-2)iZ и ()&t (обновленные или необновленные) в первые ячейки блоков 9 и 10 памяти, сдвинув при этом содержи35 мое блоков 9 и 10 на разряд вправо. Этот же второй импульс опроса сдвигает на разряд вправо содержимое блоков 3 и 4 памяти, переписав в их первые ячейки содержимое из последних ячеек.

40 После второго импульса опроса подготовлены к проверке условий (1-3) сомножители со сдвигами (N/2-3) и (Н-З)д (Г и к обновлению .в случае выполнения условий (1-3) текущие орди45 наты аргументов (N/2-3) и (N-3) d t. Цикл формирования частичных произведений закончится после того, как последний (М/2)-й импульс опроса установит информацию во всех блоках пажимое на разряд вправо, причем содер- 50 мяти в Состояние, исходное на начало

жимое их Последних (N/2)-x ячеек переписывается в их первые ячейки. На вторые входы блоков 5 и 6 умножения поступает теперь содержимое предпоследних (N/2-1)-x ячеек блоков 3 и 4 памяти. Содержимое регистра 2 не меняется и по-прежнему поступает на первые входы блоков 5 и 6 умножения. Таким образом, подготовлены к проверцикла.

Таким образом, проверены условия (1-3) для пар отсчетов, образованных вновь пришедшим отсчетом и всеми пре- 55 дьщущими, включая и сам вновь пришедший, отсчетами на текущем интервале корреляции, сформированы, в случае выполнения условий (1-3), соответствующие частичные произведения и проке условия U-3) сомножители со сдвигом (N/2-2)4 , которые в случае выполнения условий (1-3) просуммируют- ся с текущими ординатами аргументов (N/2-2)417 и (N-Z) дС . Задержка между первыми импульсами формирующими и

опроса

Зсро -пр

-C(W6

где t

пр

время прохождения формирующего импульса через блок 11 и через фиксатор

JO

српк суммарное время срабасдвига,

тывания одного блока умножения и сумматора.

После того, как происходит первый сдвиг содержимого во всех блоках па-15 мяти от первого импульса опроса,блок 11 синхронизации вьздает со своего выхода второй формирующий импульс, который поступает на вторые входы одновременно (N/2-1)-ro и (N-l)-ro фиксаторов 13 сдвига. В этих фиксаторах сдвига проверяются условия (1-3) для сомножителей со сдвигами соответственно (N/2-2) и (N-2), которые уже поданы на входы блоков 5 и 6 умноже20

в случае выполнения (1-3) частичных произведений со сдвигами (Н/2-2).й и (N-2)4 t происходит так же, как и на предьщущем шаге.

30 Второй импульс опроса записывает текущие ординаты аргументов (N/2-2)i и ()&t (обновленные или необновленные) в первые ячейки блоков 9 и 10 памяти, сдвинув при этом содержи35 мое блоков 9 и 10 на разряд вправо. Этот же второй импульс опроса сдвигает на разряд вправо содержимое блоков 3 и 4 памяти, переписав в их первые ячейки содержимое из последних ячеек

40 После второго импульса опроса подготовлены к проверке условий (1-3) сомножители со сдвигами (N/2-3) и (Н-З)д (Г и к обновлению .в случае выполнения условий (1-3) текущие орди45 наты аргументов (N/2-3) и (N-3) d t. Цикл формирования частичных произведений закончится после того, как последний (М/2)-й импульс опроса установит информацию во всех блоках пацикла.

Таким образом, проверены условия (1-3) для пар отсчетов, образованных вновь пришедшим отсчетом и всеми пре- 55 дьщущими, включая и сам вновь пришедший, отсчетами на текущем интервале корреляции, сформированы, в случае выполнения условий (1-3), соответствующие частичные произведения и про71

суммированы с соответствующими текущими ординатами корреляционной функции. При этом в соответствующих фиксаторах сдвига значение соответствующего объема выборки, хранимое в счетчиках 26, увеличится на , а опрокинувшийся триггер 20 исключает на текущем интервале корреляции повторные формирования частичных произведений с этим же сдвигом. После окончания очередного цикла формирования частичных произведений устройство готово к приходу следующего отсчета. Окончание текущего интервала корреляции обозначается сдвигом 1 из N-ro в (Ы+1)-й разряд регистра 14,. т,е, эта единица, первая в текущем интервале корреляции, продвигается о первого разряда до N-ro за время ( N-1)4 . Положительный перепад логических уровней с выхода (N+1)-ro разряда регистра 14 через переключатель 15 проходит на вход начальной установки регистра 14 и через входы 22 каждого фиксатора 13 сдвига - на R-входы RS-триггеров 20, Регистр 14 и RS-триггеры 20 установлены в-исходное состояние: все разряды первого обнуляются, а на инверсных выхода

последних появляются 1, Устройство подготовлено к проверке условий (1-3 для каждой пары сомножителей и последующему формированию частичных произведений на новом интервале корреляци

Запуск цикла формирования частичных произведений после прихода каждого отсчета позволяет просмотреть все возможные на текущем интервале корреляции интервалы сдвига между всеми поступающими отсчетами,При достижении объема выборки по какой-либо ординате число в счетчике 26 соответствующего фиксатора сдвига достигает конечной емкости счетчика и на его инверсном выходе переноса появляется О, который сделает невозможным выполнение условий (3) в рассматриваемом фиксаторе 13 сдвига для сомножителей с соответствующим сдвигом. Процесс измерения корреляционной функции завершается при достижении заданного объема выборки по всем ординатам. Формирование частичных произведений со всеми возможными сдвигами только по одному разу на интервале корреляции приводит к тому, что ординаты корреляционной функции формируются из тех частичных произведе

8

НИИ с соответствующими сдвигами, которые взяты из соседних интервалов корреляции. Эти частичные произведения, следовательно, можно считать слабокоррелированными, что позволяет пренебречь степенью коррелированности между ними при оценке статической погрешности соответствующей ординаты

корреляционной функции сигнала,представленного неравноотстоящими отсчетами.

Бри обработке регулярной последовательности отсчетов тактовые импульсы и строб-импульсы совпадают и при замкнутых переключателях 15 и 25 на каждом интервале корреляции формируются N частичных произведений со сдвигами от О до (N-l) , так как режим

некоррелированной выборки.

При разомкнутых переключателях 15 и 25 и регулярном поступлении отсчег- тов ординаты измеряемой корреляционной функции формируется из всех возможных частичных произведений с соот- ветствуюЕцими сдвигами.

Для работы в реальном масштабе времени необходимо выполнение условия

TMUU (N/2+1)1,

где Т,

мин

5

- минимальный период следования отсчетов;

Т( - минимальный период следования формирующих Импульсов; N/2 - разрядность каждого из

блоков памяти, В свою очередь

Т Ч

-сдб

40

где t

ода

- время сдвига содержимого

в блоках памяти. Разрядность N+1 регистра 14 сдвига, число N фиксаторов 13 сдвига, 5 емкость N/2 блоков памяти определяется числом N ординат корреляционной функции исследуемого сигнала.Емкость счетчиков 26 определяется объемом выборки по каждой ординате,

0

Фо-рмула изобретения

Цифровой коррелятор, содержащий регистр сдвига, п-разрядный регистр g сдвига (п 1,2,,,,,N - натуральное число), два блока умножения, два накапливающих, .сумматор а, переключатель выбора режима работы и п фиксаторов сдвига, каждый из которых содержит

RS-триггер, элемент И и переключатель, выход которого соединена S-вхо- дом RS-триггера, инверсный выход которого со единен с первым входом элемента И, вькод которого соединен с входом переключателя, тактовьм вход п-разрядного регистра сдвига является однрименным входом коррелятора, информационный вход которого является одноименньм входом регистра сдвига выходы блоков умножения соединены соответственно с первыми входами со- ответствующих накапливающих сумматоров, разрядные выходы п-разрядного регистра сдвига соединены с вторыми входами элементов И соответствующих фиксаторов сдвига, третьи входы которых соединены с выходом переключателя выбора режима работы и подключены к входу начальной установки п-разрядного регистра сдвига, выход младшего разряда которого соединен с входом переключателя, выбора режима работы, информационный вход п-разрядного регистра сдвига является входом строби- рования коррелятора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения во.зможности анализа слу- чайного процесса, представленного неравноотстоящими отсчетами, путем об- работки слабокоррелированных выборок, в него введены блок синхронизации,два элемента ИЛИ и четыре блока памяти, gi в каждый фиксатор сдвига введен счетчик, выходорегистра сдвига соединен с первым информационным входом первого блока памяти и с первыми входами блоков умножения, выход первого блока памяти соединен с первым .информационным входом второго блока памяти, с вторым входом первого блока умножения и со своим вторым ин

5

0

0

формационным входом, выход второго блока памяти соединен с вт орым входом второго блока умножения и со своим вторым информационным входом, выходы первого и второго накапливающих сумматоров соединены соответственно с информационными входами третьего и четвертого блоков памяти, выходы . которых соединены соответственно с вторыми входами первого и второго накапливающих сумматоров и являются выходами значений соответствующих ординат коррелятора, вход запуска ч. блока синхронизации соединен с информационным входом п-разрядного регистра сдвига, первый выход блока синхронизации соединен с входами разрешения сдвига первого и второго блоков памяти и с входами записи-считывания третьего и четвертого блоков памяти, тактовый вход регистра сдвига, входы записи-считывания первого и второго блоков памяти соединены с тактовым входом п-разрядного регистра сдвига, выходы с первого по N/2-й группы блока синхронизации соединены соответ- ственно с R-входами RS-триггеров i-x (i N/2, t) и j-x (j N; N/2+1) фиксаторов сдвига, выходы элементов И с первого по N/2-й фиксаторов сдвига соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом первого 5 блока умножения, выходы элементов И с (N/2+1)-ro по N-Й фиксаторов сдвига соединены с соответствующими входами втюрого элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом второго блока умножения, в каждом фиксаторе сдвига выход элемента И соединен со счетным входом счетчика, инверсный выход переполнения которого соединен счетвертым входом элемента И.

5

0

2201

Г 2(7

230- 2

Редактор М. Бланар

Составитель Е. Ефимова

Техред И.Попович Корректор И. Муска

Заказ 3489/51Тираж 672 . 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

25.

27

1

2S

г