Коррелометр Советский патент 1989 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к аппаратурному анализу характеристик случайных сигналов и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет предсказания сдвига максимума функции взаимной корреляции.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого коррелометра Коррелометр содержит входные блоки 1 и 2, п умножителей 3;-3, п усреднителей . Вход каждого усред нителя соединен с выходом соответстг вующего умножителя . Последовательно соединены п-1 элементов 5) - ; 5(п-,) задержки первой группы. Выход первого входного блока 1 соединен с объединенными первыми входами всех умножителей 34-3„. Второй вход каждого умножителя объединен с входом соответствующего элемента 5,-5,., задержки и подключен к выходу второго входного блока 2. Бькод 5«, элемента задержки соединен с входом умножителя 3,. Устройство содержит также блок 6 определения максимального напряжения, генератор 7 такто- вых импульсов каналов, каждый из которых содержит ключ 8J, где j l|,2j.. ...,п, выход ключа 8j подключен к первому входу блока 9; сравнения,

J

выход которого соединен с

тановки в единицу триггера 0j

входом усВы-входом

первой

ход триггера 10 j соединен масштабного усилителя 11: группы. Выход каждого масштабного усшштеля подключен к соответствующему входу п-входового сумматора 2 Выход сумматора 12 подсоединен к первому элементу га-I последовательно соединенных элементов 13,-13,,-| задержки. Второй группы уст1 ойство также содержит m масштабных усилителей , второй группы, первый и второй т-входовые сумматоры 15 и 16, т+1 и т+2 масштабных усилителей 17 и 18, вычитатель 19, генератор 20 линейно нарастающего напряжения, вхо которого через дополнительный элемен 21 задержки подключен к второму выходу генератора 7, а выход соединен с одним входом дополнительного умножителя 22.

Выход сумматора 23 является выходом коррелометра.;, Причем вход ключа каждого канала 8;,-8|, соединен с

0

выходом соответствующего усреднителя 4i|-4. Управляющие входы всех клю- ,чей объединены и подсоединены к второму вьпсоду генератора 7, первый выход которого соединен с объединенными входами сброса всех триггеров .Вторые входы всех блоков 9,- -9„ Сравнения объединены и подсоедиКаждый вход

5

0

5

0

5

нены к выходу блока 6. блока 6 подсоединен к выходу соответствующего усреднителя 4,-4„. При этом выход каждого i-ro элемента 13; задержки, где ,2, . . .,1п-1 , соединен с i-M одновходовым умножителем 14 е и одновременно с i-м входом первого т-входового сумматора 15, т-й вход которого объединен с входом т-го масштабного усилителя 14ти подсоединен к выходу (m-l)-ro элемента задержки, выход каждого из m масштабных усилителей 14,-14 соединен с соответствующим входом второго т-входового сумматора 16, выход которого соединен с входом уменьшаемого вычита- теля 19, вход вычитаемого которого соединен через (т+1)-й масштабный усилитель 17 с выходом первого т-входового сумматора 15. Выход вычитате- ля 19 через ()--й масштабный усилитель 18 соединен с входом дополнительного умножителя 22, выход которого соединен с одним входом сумматора 23, другой вход которого соединен с выходом первого - входового сумматора 15.

Коррелометр работает следующим образом .

Коррелометр работает по методу умножения, выполняет действия, необходимые для получения оценок взаимной корреляционной функции стационарных случайных сигналов в соответствии с выражением

R (С) i j xrt).y{t+C)dt, (1)

где x(t) и yCt+t) - два напряжения

с относительным сдвигом; Т - интервал усред:

нения.

Для получения всей кривой R( c ) операция (1) производится для различных величин задержки tr, причем изменение сГ дискретное, т.е . cTj j r, где сГд - величина дискреты, j l, 2,...,п. Тогда .на выходе умножителя 3, получают напряжение x(t) y(t), на выходе умножителя 3j-x(t:)y(t +

+ (j-l) 6ro, на выходе, умножителя x(t) + (n-l)C(, , Эти напряжения усредняются далее в соответствующих усреднителях 4|-4н. В результате согласно выражению (1) получают оценки взаимокорреляционной функции R(o), К(Г„),...Д(а-1)г„),...К((п-1)). Среди оценок ФВК, имеется оценка с

усилителя 11, -11 действует либо нулевое, либо единичное напряжение. На пряжение на выходе каждого усилителя в случае единичного напряжения пропорционально номеру канала.j и величине временного сдвига jt , В случае нулевого входного напряжения выходно напряжение каждого усилителя Ib -lJ

Л

наибольшим значением (Сд) при 10 равно нулю. Таким образом, на выходе

.некотором сдвиге Блок 6 определения максимального напряжения на своем выходе вьщает значение наибольшей оценки, которое поступает на объединенные вторые входы блоков сравнения. Генератор 7 тактовых импульсов вырабатывает в каждый такт на первом выходе импульс Сброс, поступающий на объединенные входы сброса всех триггеров 0,-10,

По окончании импульса сброса на втором выходе генератора 7 появляется тактовый импульс, поступающий на объединенные входы всех ключей 8,-8„, В момент действия тактового импульса напряжение с входов ключей 8, -8 поступает на их выходы, а значит на первые входы соответствующих блоков 9,-9„ сравнения. В результате в каждом блоке 9,-9„ сравнения происходит сравнение каждой оценки функции взаимной корреляции с наибольшей makc{R(j )} . В блоке 9 сравнения на первом и втором входах оказываются равными. Поэтому на его выходе появляется перепад напряжения (или импульс). На выходах остальных блоков сравнения перепады напряжения не появляются ввиду неравенства напряжений на первом и втором входах. ,

сумматора 12 в каждый такт работы устройства действует напряжение, про порциональное величине временного сдвига , при котором оценка функ 15 ции взаимной корреляции имеет наибольшее значение make )}. Напряжение, пропорциональное Kj Tj,, с выхода сумматора 12 поступает на первый элемент т-1 последовательно соеди- 20 ненных элементов 13, -13, задержки. Время задержки в каждом элементе 13,-13п,., равно длительности такта. Таким образом, на выходе каждого элемента 13,., задержки получаем 25 напряжения U, , Uj ,. . . , U; ,. .. ,и„, с выхода сумматора 12 в предшествуняцие моменты времени t, ,t2,. .. ,С,-,. .. ,-t, текущий момент времени, в который получаем напряжение на выхо- 30 де сумматора 12. В силу случайной природы напряжений x(t) и y(t) временной сдвиг jc,, при котором имеем make fR (J С-д ), является также величиной случайной. Следовательно, ве- 35 напряжений, пропорциональные KjT , на выходах элементов 13,-13., задержки являются елучайными величинами. Поэтому оценка едвига положения макеимума функции взаимной корреля- 40 Ции на прошедшем интервале (t.t,..., ) приводит к задаче регрее- . еии с линейной зависимостью внда

Перепад напряжения на выходе блока 9j, вызывает срабатывание соответствующего триггера Юу., , на выходе которого появляется единичное на- пряжение, действующее в течение всег такта до прихода следующего сбрасывающего импульса с первого выхода генератора 7. Если при-появлении следующего тактового импульса сдвиг при котором имеется make |(j (,)j, не меняется, то вновь срабатывает триггер 10j,., В противнoм случае срабатывает триггер того канала, напряжение оценки функции взаимной корреляции которого наибольшее. Выход каждого триггера 10,-10„ подсоединен к входу соответствующего масштабного усилителя 11,-11„. На входе каждого

1449987

усилителя 11, -11 действует либо нулевое, либо единичное напряжение. Напряжение на выходе каждого усилителя в случае единичного напряжения пропорционально номеру канала.j и величине временного сдвига jt , В случае нулевого входного напряжения выходное напряжение каждого усилителя Ib -lJ

Л

равно нулю. Таким образом, на выходе

10 равно нулю. Таким образом, на выходе

5

сумматора 12 в каждый такт работы устройства действует напряжение, пропорциональное величине временного сдвига , при котором оценка функ- 15 ции взаимной корреляции имеет наибольшее значение make )}. Напряжение, пропорциональное Kj Tj,, с выхода сумматора 12 поступает на первый элемент т-1 последовательно соеди- 0 ненных элементов 13, -13, задержки. Время задержки в каждом элементе 13,-13п,., равно длительности такта. Таким образом, на выходе каждого элемента 13,., задержки получаем 5 напряжения U, , Uj ,. . . , U; ,. .. ,и„, с выхода сумматора 12 в предшествуняцие моменты времени t, ,t2,. .. ,С,-,. .. ,-t, текущий момент времени, в который получаем напряжение на выхо- 0 де сумматора 12. В силу случайной природы напряжений x(t) и y(t) временной сдвиг jc,, при котором имеем make fR (J С-д ), является также величиной случайной. Следовательно, ве- 5 напряжений, пропорциональные KjT , на выходах элементов 13,-13., задержки являются елучайными величинами. Поэтому оценка едвига положения макеимума функции взаимной корреля- 0 Ции на прошедшем интервале (t.t,..., ) приводит к задаче регрее- . еии с линейной зависимостью внда

,(2)

где об и - коэффициенты регресии, подлежащие оценке,

5

50

Известны соотношения для наилучших оценок коэффициентов регрессии

А1 П

oi. -.2:u,-; m m - Д „

, m.z:t;-u,--2:t,-2:u;

ft -. -Tj - /оч

IM ,m - VJJ

n.tr-(tff

.

Выражение (3) определяет структу- 55 РУ соединения блоков для получения наилучших оценок oi. и . Для получения оценки ОС напряжения с выходов всех элементов 13,-13„., задержки, а также с выхода сумматора 12 подают на еоответствутощие входы первого ш-входового сумматора 15, на выходе которого после масштабирования на величину

1л

- получают-оценку оС. Для получения

-

оценки и напряжение с выхода каждого

элемента 13,-13„., задержки и выхода сумматора 12 необходимо умножить на

гой вход которого поступает напряжение оценки oi, . Б результате на выходе сумматора 23 получаем напряжение

А л

и.

(4)

.р Р,

где t изменяется от 1.„, м -цвНапряжение (4) пропорционально предсказываемому сдвигу максимума

до t.

величину t , что производится в соот- 10 ФУНКЦИИ взаимной корреляции двух слуветствующих масштабных усилителях 14,-14,. Затем величины t,- U; складываются во втором т-выходном сумматоре 16, на выходе которого после масштабирования величину

mX t- U . Напряжение оценки oi с вы-ходн первого т-входного сумматора I5 поступает на масштабньй усилитель 17 с коэффициентом умножения, равным

20

чайных процессов на интервал от t до в каждом такте работы коррелометра.

15 Формула изобретен -и я

Коррелометр, содержащий п усреднителей, входы которых подключены к выходам соответствующих умножите-, лей, входы множимого которых объединены и являются первым информационным входом коррелометра, входы множителя умножителей, кроме первого, соединены с выходами п-1 последовательно соединенных элементов задержки первой группы, вход множителя первого умножителя объединен с входом первого элемента задержки первой группы и является вторым информационным входом коррелометра, о тличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет предсказания сдвига максимума функции взаимной корреляции, в него введены блок определения максимального напряжения, генератор тактовых импульсов, п ключей, п блоков сравнения, п триггеров, п масштабных усилителей первой группы, п-входовый сумматор, т-1 последовательно соединенных элементов задержки второй группы, т+2 масштабных усилителей второй группы, два т-входовых сумматора, дополнительный умножитель, вы- g читатель, сумматор, дополнительньй элемент задержки и генератор линейно нарастающего напряжений, при этом выходы усреднителей подключены к информационным входам соответствующих клюm

В

результате на выходе усшти- дс т

теля 17 получаем величину Zltj

Сигналы с выходов сумматора 16 и уси- дителя 17 поступают на первый и второй входы вычитател я 19, на выходе которого получаем величину Intilт

m

t,u,-2:t; z:u;.

Выходное напряжение вычитателя 19 поступает на усилитель 18, где оно умножается на коэффициент

W HI-г

i:(mz:t;-(z:t;) ).

i

в результате на выходе усилителя 18 получаем, согласно выражению (3), напряжение оценки А. Напряжение оценки р, поступает на один вход дополнительного умножителя 22, на другой вход которого поступает напряжение, отображающее интервал времени, на который предсказывает сдвиг максимума функции взаимной корреляции с выхода генератора 20 линейно нарастающего напряжения. Причем генератор 20 запускается импульсом, задержанным в элемент 21 задержки на интер- вал t, с второго выхода генератора

Коррелометр, содержащий п усреднителей, входы которых подключены к выходам соответствующих умножите-, лей, входы множимого которых объединены и являются первым информационным входом коррелометра, входы множителя умножителей, кроме первого, соединены с выходами п-1 последовательно соединенных элементов задержки первой группы, вход множителя первого умножителя объединен с входом первого элемента задержки первой группы и является вторым информационным входом коррелометра, о тличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет предсказания сдвига максимума функции взаимной корреляции, в него введены блок определения максимального напряжения, генератор тактовых импульсов, п ключей, п блоков сравнения, п триггеров, п масштабных усилителей первой группы, п-входовый сумматор, т-1 последовательно соединенных элементов задержки второй группы, т+2 масштабных усилителей второй группы, два т-входовых сумматора, дополнительный умножитель, вы- g читатель, сумматор, дополнительньй элемент задержки и генератор линейно нарастающего напряжений, при этом выходы усреднителей подключены к информационным входам соответствующих клю35

40

7 тактовых импульсов. Выходное напря- gp чей и к входам блока определения макжение генератора 20 линейно возрастает за интервал такта от минимального t до максимального напряжения t, на который предсказьшает сдвиг масимума ФВК. Тогда на выходе умножителя 22 получаем напряжение |31, где t изменяется от t за интервал такта. Это напряжение поступает на один вход сумматора 23, на друсимального напряжения, выход которого соединен с первыми входами блокбв сравнения, вторые входы которых под- к;вочены к выходам соответствующих р. ключей, выходы блоков сравнения соединены с входами установки в 1 соответствующих триггеровi входы установки в О которых объединены и подключены к первому выходу генератора

гой вход которого поступает напряжение оценки oi, . Б результате на выходе сумматора 23 получаем напряжение

А л

и.

(4)

.р Р,

где t изменяется от 1.„, м -цвНапряжение (4) пропорционально предсказываемому сдвигу максимума

до t.

чайных процессов на интервал от t до в каждом такте работы коррелометра.

Формула изобретен -и я

Коррелометр, содержащий п усреднителей, входы которых подключены к выходам соответствующих умножите-, лей, входы множимого которых объединены и являются первым информационным входом коррелометра, входы множителя умножителей, кроме первого, соединены с выходами п-1 последовательно соединенных элементов задержки первой группы, вход множителя первого умножителя объединен с входом первого элемента задержки первой группы и является вторым информационным входом коррелометра, о тличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет предсказания сдвига максимума функции взаимной корреляции, в него введены блок определения максимального напряжения, генератор тактовых импульсов, п ключей, п блоков сравнения, п триггеров, п масштабных усилителей первой группы, п-входовый сумматор, т-1 последовательно соединенных элементов задержки второй группы, т+2 масштабных усилителей второй группы, два т-входовых сумматора, дополнительный умножитель, вы- читатель, сумматор, дополнительньй элемент задержки и генератор линейно нарастающего напряжений, при этом выходы усреднителей подключены к информационным входам соответствующих клю

симального напряжения, выход которого соединен с первыми входами блокбв сравнения, вторые входы которых под- к;вочены к выходам соответствующих ключей, выходы блоков сравнения соединены с входами установки в 1 соответствующих триггеровi входы установки в О которых объединены и подключены к первому выходу генератора

Изобретение может быть использовано при анализе характеристик случайных сигналов, а также при обработке сигналов в различных радиосистемах. Целью изобретения является предсказание на заданный интервал; времени сдвига максимума функции взаимной корреляции (ФВК) двух случай ных сигналов. Сигналы с выходов yd- реднителей известного п-канального коррелометра поступают на соответствующие входы блока выбора наибольшего напряжения. С первого выхода генератора тактовых импульсов в каждый такт поступает импульс сброса триггеров. На втором выходе генератора появляется тактовый импульс, поступающий на объединенные управляющие входы всех ключей. В результате в блоках сравнения каждая оценка ФВК сравнивается с наибольшей оценкой. На выходе блока сравнения, в котором напряжения на первом и втором входах равны, появляется перепад напряжения (или импульс) . Перепад напряжения на выходе блока сравнения вызьшает срабатьша- ние соответствующего триггера, на выходе которого появляется единичное напряжение. Это единичное напряжение поступает на вход масщтабного усипи- теля, на выходе которого напряжение в этом случае пропорциональное номеру канала j или, иначе, величине временного сдвига j t. На выходах других усилителей напряжение равно нулю. На выходе сумматора в каждый такт работы действует напряжение, пропорциональное величине сдвига максимума ФВК. Остальные блоки выполняют операции по оценке коэффициентов линейной регрессии, связывающей оценку сдвига j S максимума ФВК ВО времени на прошедшем интервале t,t,... ...,tj,...,t. Напряжения оценок коэффициентов линейной регрессии поступают на входы сумматора, выход которого является выходом устройства. Причем второй коэффициент регрессии, связаннньй с временем, вначале поступает на вход умножителя, на второй вход которого поступает напряжение, поопорциональное интервалу предсказания с выхода генератора линейно возрастающего напряжения, запускаемого через элемент задержки с второго выхода генератора. 1 ил. i (Л С 00