Коррелометр Советский патент 1988 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения корреляционной функции сложных сигналов.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения ис- кажений автокорреляционной функции от наложения временного окна на входные данные путем согласования дли- д тельности реализации физического процесса с целым числом периодов гармонических компонент, находящихся во йходных данных.

На чертеже представлена ная схема коррелометра.

Схема содержит вход 1 сброса счетчики 2-5, триггер 6, элемент ИЛИ 7, триггер 8, счетчик 9, информационный вход 10, блоки 11, 12 памяти, 20 вход 13 синхронизации, элемент И 14, сумматор 15, перемножитель 16, усреднитель 17, выход 18, вход 19 разрешения записи, вход 20 пуска.

на входе счетчика 9 запрещающего сигнала, который поступает через элемент ИЛИ 7 триггера 6 до его опрокидывания. После опрокидьшания триггера 6 на входе счетчика 9 появляется сигнал, разрешающий изменение содержимого счетчика 9. После перехода блоков

11и 12 памяти из режима записи входных данных в режим их считьшания из ячеек блоков 11 и 12 памяти начинается процесс определения значений автокорреляционной функции. Первый этап заключается в определении К тоструктур-15 автокорреляционной функции, при . этом содержимое счетчиков 3-5 может изменяться от нуля до (К-1-) бит двоичной информации, объем фюков 11 и

12памяти составляет К бит или К слов двоичной информации в зависимости от вида представляемых входных данных. Содержимое счетчиков 2 и 9 может изменяться от нуля до (М-1) бит двоичной информации и определяется ис

Изобретение относится к-изме- рительной технике и может быть использовано для определения корреляционной функции сложных сигналов. Цель изобретения - повьшение точности за счет уменьшения искажений автокорреляционной функции от наложения временного окна на входные данные путем согласования длительности реализации физического процесса с целым числом периодов гармонических компонент, находящихся во входных данных. В коррелометре имеется возможность согласовьтать длительность реализации с целым числом периодов гармонических компонент, входящих в эту реализ.ацию, путем изменения объема данных, содержащихся в блоках памяти при вычислении автокорреляционной функции. Коррелометр содержит счетчЙ1ш 2-5, 9, триггеры 6, 8, элемент ИЛИ 7, блоки 11, 12 памяти, элемент И 14, сумматор 15, перемножитель 16, усреднитель 17. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ш СЛ

Коррелятор работает следующим об 25 зсодя из наличия самого низкого периразом,

С входа 1 сброса сигнал поступает на входы счетчиков 2-5, триггер 6 и через элемент ИШ 1 на триггер 8 и счетчик 9. Этот сигнал устанавливает содержимое счетчиков 2-5 равным нулю, триггер 6 в состояние, разрешающее запись входных данных, поступающих с входа 10 в блоки 11, и 12 памяти, кроме того, устанавливает триггер 8 в состояние, разрешающее прохождение тактовых импульсов с входа 13 синхронизации через элемент И 14 на счетные входы счетчиков 4 и З.Под действием тактовых импульсов содержимое счетчиков 3 и 4 изменяется и на их выходах появляются сигналы двоичного кода.

С выхода счетчика 3 они поступают на адресный вход блока 11 памяти, а С счетчика 4 через сумматор 15 на адресный вход блока 12 памяти. Под действием изменяющегося двоичного кода на адресных входах блоков 11 и 12 памяти происходит перебор всех ячеек блоков 11 и 12 памяти и запись в эти ячейки входных данных. После заполнения входными данными всех ячеек с выхода переполнения счетчика 4 выдается одиночный импульс, который опрокидывает триггер 6. Этот же импульс поступает на счет ньй вход счетчика 9, однако его содержимое не изменяет ввиду наличия

0

0

ода, заключенного .в изменении входных данных. На первом шаге автокорреляционная функция R(b c ) определяется при й с 0. В этом случае содержимое счетчикзв 3 и 4 под дейстрием тактовых импульсов начинает изменяться, и результате с вькодов счетчиков 3 и 4 на входы блоков 11 и 12 памяти посту- пают текутцие значения двоичного кода, в соответствии с которыми осущест-

5 вляется выборка входных данных из ячеек блоков 11 и 12 памяти и вьщача их на выходы блоков 11 и 12 памяти/ с которых они поступают на первый и второй входы перемножителя 16, с выхода которого перемноженные входные данные при С О поступают через усреднитель 17 на выход 18. После выборки из блоков 11 и 12 памяти всех К значений входных данных на выходе переполнения счетчика 4 появляется одиночный импульс, который поступает на счетчик 9 и изменяет его содержи- мое на 1 бит двоичной информации, в результате на выходе счетчика 9 появится двоичный код, соответствующий происшедшим изменениям в содержимом счетчика 9. Если, например, в исходном состоянии код соответство-. вал положению 00000 (СЭР), где

5 СЗР - старший знаковый разряд двоичного кода, то после изменения содержимого счетчика 9 на 1 бит двоичной информации этот код будет соответст5

0

вовать значению 1000....О (СЭР). Этот двоичный код поступает на вход сумматора 15. Теперь на втором шаге измерение автокорреляционной функции будет происходить в точке R (u t), где - сдвиг входных данных в блоке 12 памяти относительно входных- данньгх в блоке 11 памяти. Это достигается за счет того, что выборка входных данных из блока 11 памяти начинается с первой ячейки, а выбор- ка входных данных из блока 12 памяти - с второй ячейки, так как содёржимое счетчика 4 складьшается на cyM-jj ступают к второму циклу вычисления

25

маторе 15 с содержимым счетчика 9. Так, например, после первого шага вычисления автокорреляционной функции содержимое счетчиков 3 и 4 опять станет равным нулю и на их выходах по- 20 явятся двоичные коды 000...О, однако, если на адресном входе блока 11 памяти двоичный код будет равен 000...О, то на адресном входе блока 12 появится двоичньш код 100...О, так как он будет являться суммой двоичного кода 000...О счетчика 9 и двоичного кода 100...О счетчика 4. Таким образом, выборка входных данных из блоков 11 и 12 памяти будет происходить одновременно из двух ячеек, но сдвинутых одна относительно другой на одну ячейку.

На третьем шаге измерение автокорреляционной функции будет происходить в точке R(2& t) , т.е. считьшание входных данных из блоков 11 и 12 памяти относительно друг друга будет производиться со сдвигом в две ячейки. Все последующие шаги вычисления автокорреляционной функции будут проис содить аналогичным образом. Одиночные импульсы, поступающие с вы30

35

40

автокорреляционной функции. Для это го подают на вход 19 разрешения записи импульс, который поступает на входы счетчиков 3-5 и которым. прои водится загрузка двоичного кода, пр сутствующего на входах счетчиков 3в эти счетчики. Второй цикл вычисления автокорреляционной функции на чинается с подачи на вход 20 пуска импульса, которым опрокидывается три гер 8. При этом с его выхода на вто рой вход элемента И 14 поступит сиг нал, разрешающий прохождение с перв го входа элемента И 14 на йыход так товых импульсов, приходящих с входа 13 синхронизации. Дальнейшая работа коррелометра повторяется по алгорит му, описанному для вычисления точек автокорреляционной функции первого цикла. Но при этом вычисляется не К точек автокорреляционной функции, а К-1. Третий цикл включает вычисле ние К-2 точек автокорреляционной фу ции и т.д. до тех пор, пока в автокорреляционной функции не исчезнет огибающая треугольной формы.

Исчезновение огибающей треугольной формы свидетельствует о том, чт в блоках 11 и 12 памяти уложилось ц

Исчезновение огибающей треугольной формы свидетельствует о том, что в блоках 11 и 12 памяти уложилось цехода счетчика 4 на счетньй вход счет ика 5, -изменяют его содержимое. Пос- лое число периодов входных данных, ле вычисления последней точки R (К- На этом цикле прекращают измерение -1)ut3 автокорреляционной функции содержимое счетчика 5 изменится от нуля до значения К-1, после чего на выходе счетчика 5 появится одиночньш

автокорреляционной функ дии входных данных.

Полученный результат объясняется следующим, известно, что автокорре

импульс, который опрокинет триггер 8, ляционная функция периодического сигс его выхода на вход элемента И 14 поступит сигнал, запрещающий прохождение тактовых импульсов с входа 13 синхронизации через элемент И 14 на счетные входы счетчиков 3 и 4.

Кроме того, одиночный импульс с выхода переполнения счетчика 5 поступит на счетный вход счетчика 2 и

нала равна

т)а

Ж-) J S(t)S(t+e)dt.

)2 Если входные данные представить

55 сигналом S(t)U|jCOScOgt, то автокорреляционная функция этого сигнала на произвольном временном отрезке Т будет иметь следующий вид:

изменит его содержимое на один бит двоичной информации. В результате на выходе счетчика 5 появится соответст- вующий двоичный код, который поступит на входы установки начального состояния счетчиков 3-5. Например, после первого цикла вычисления автокорреляционной функции двоичный код бу- JQ дет соответствовать значению 100... ...О, где самый первый слева символ является младшим знаковым разрядом. После первого цикла вычислений К точек автокорреляционной функции при5

0

0

5

0

автокорреляционной функции. Для этого подают на вход 19 разрешения записи импульс, который поступает на входы счетчиков 3-5 и которым. произ водится загрузка двоичного кода, присутствующего на входах счетчиков 35, в эти счетчики. Второй цикл вычисления автокорреляционной функции на- чинается с подачи на вход 20 пуска импульса, которым опрокидывается триггер 8. При этом с его выхода на втог рой вход элемента И 14 поступит сигнал, разрешающий прохождение с первого входа элемента И 14 на йыход тактовых импульсов, приходящих с входа 13 синхронизации. Дальнейшая работа коррелометра повторяется по алгоритму, описанному для вычисления точек автокорреляционной функции первого цикла. Но при этом вычисляется не К точек автокорреляционной функции, а К-1. Третий цикл включает вычисление К-2 точек автокорреляционной функции и т.д. до тех пор, пока в автокорреляционной функции не исчезнет огибающая треугольной формы.

Исчезновение огибающей треугольной формы свидетельствует о том, что в блоках 11 и 12 памяти уложилось целое число периодов входных данных, На этом цикле прекращают измерение

автокорреляционной функ дии входных данных.

Полученный результат объясняется следующим, известно, что автокорре

ляционная функция периодического сиг

нала равна

т)а

Ж-) J S(t)S(t+e)dt.

)2 Если входные данные представить

сигналом S(t)U|jCOScOgt, то автокорреляционная функция этого сигнала на произвольном временном отрезке Т будет иметь следующий вид:

R(€)U, sin woT

WoT

созсОдТ +

sincOot .

sin 2цД 2wJ

Полученное значение автокорреляционной функции отличается от автокорреляционной функции физического процесса бесконечной длительности наличием в вычисленном значении автокорреляционной функции двух до-, полнительных слагаемых:

10

sin2cOoT 2 СОД

coscanC

и

sin сДрТ СОлТ

ешСОоТ.

которые искажают автокорреляционную функцию и вносят погрешности. Если принять, что на длительности Т укладывается целое число периодов Т сигнала, то эти члены становятся равными нулю. Таким образом, практически убираются искажения в автокорреля- .ционной функции, вызываемые наложением временного окна на входные данные.

Формула изобретения

. Коррелометр, содержащий два блока памяти, перемножитель, усреднитель, причем информационньй вход первого блока памяти соединен с информационным входом второго блока памяти и является информационным входом коррелометра, выходы первого и второго блоков памяти соединены соответственно с первым и вторым входами перемножителя, выход которого соединен с входом усреднителя, выход которого является выходом коррелометра, о т - личающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены пять счетчиков, два триггера.

14273876

элемент И, элемент ИЛИ, сумматор,

. причем вход установки в О первого триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ, с входами установки в О с первого по четвертый счетчиков и является входом сброса коррелятора, информационный выход первого счетчика соединен с входами установки начального состояния с второго по четвертьй счетчиков, выход переполнения четвертого счет чика соединен с входом установки в О второго триггера, со счетным входом первого счет- 5 чика, выход второго триггера соединен с первым входом элемента И выход которого соединен со счетными входами второго счетчика и третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с счетными входами четвертого и пятого счетчиков и входом установки в 1 первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, с входами разрешения записи первого и второго блоков памяти, выход элемента ИЛИ соединен с входом установки в 1 второго триггера и входом разрешения работы пятого счетчика, информационный выход которого соединен с первым входом суммат ..раз, второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным выходом третьего счетчика и адресным входом второго блока памяти, адресный вход первого бло20

25

30

35

40

ка памяти соединен с информационным выходом второго счетчика, вход разрешения счета которого соединен с входами разрешения счета третьего и четвертого счетчиков и является входом разрешения записи коррелометра, второй вход элемента И и третий вход элемента ИЛИ являются соответственно входом синхронизации и входом пуска коррелометра.

причем вход установки в О первого триггера соединен с первым входом элемента ИЛИ, с входами установки в О с первого по четвертый счетчиков и является входом сброса коррелятора, информационный выход первого счетчика соединен с входами установки начального состояния с второго по четвертьй счетчиков, выход переполнения четвертого счет чика соединен с входом установки в О второго триггера, со счетным входом первого счет- 5 чика, выход второго триггера соединен с первым входом элемента И выход которого соединен со счетными входами второго счетчика и третьего счетчика, выход переполнения которого соединен с счетными входами четвертого и пятого счетчиков и входом установки в 1 первого триггера, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, с входами разрешения записи первого и второго блоков памяти, выход элемента ИЛИ соединен с входом установки в 1 второго триггера и входом разрешения работы пятого счетчика, информационный выход которого соединен с первым входом суммат ..раз, второй вход и выход которого соединены соответственно с информационным выходом третьего счетчика и адресным входом второго блока памяти, адресный вход первого бло5

0

ка памяти соединен с информационным выходом второго счетчика, вход разрешения счета которого соединен с входами разрешения счета третьего и четвертого счетчиков и является входом разрешения записи коррелометра, второй вход элемента И и третий вход элемента ИЛИ являются соответственно входом синхронизации и входом пуска коррелометра.