Стохастический коррелометр Советский патент 1990 года по МПК G06G7/52 

31585808

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки -физических сигналов.

При работе с зашумленными входными сигналами в коррелометре может возникать значительная погрешность измерения значений корреляционной функции, так как шумы ведут к маточному выпол- in неиию операции умножения вследствие

выполнения модуляции по мгновенным значениям. В силу этого он слабо защищен от внешних наводок и шумов. Кроме того, коррелометр обеспечивает мапую точность при работе с сигналами малых уровней, которые соизмеримы с собственными шумами блоков коррелометра.

Цель изобретения - повышение точ- ности в присутствии помех.

Сущность предлагаемого технического решения - получение значений корреляционных функций путем стохастических преобразований I ; квадратичного значения одного входного сигнала,25 отношения двух входных сигналов, а затем стохастического вьщеления частного от полученных таким образом и преобразованных в аналоговую форму

Коррелометр значения коррел соответствии с

Схч(« . Т)

где -С - аргумен функции временн X(t) и но друг

Т, - время и Генератор 9 генерирует случ кретизированном ным -участком за плотности вероя йаибольшего .+Х возможных значе ла X(t), опреде

X

Р(Х)

+

-Ж1

P(Y)

35

причем

Y -У V о н 5

с помощью фильтров нижних частот сиг- ,„ чений -Y и +Y налов. . о . 0

На фиг. 1 изображена структурная схема цредлагаемого коррелометра; на фиг. 2 - структурная схема генератора случайных сигналов; на фиг.З- структурная схема фильтра нижних частот.

Коррелометр (фиг. 1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, фильтры 3-5 нижних: частот, элементы 6.задержки, коммута- тор 7, генераторы 8 и 9 случайных сигналов, умножители 10 и 11, компараторы 12-14, выход 15.

Генератор случайных сигналов 9 (фиг. 2) содержит генераторы 16 и 17 псевдослучайных чисел, цифроаналого- вые преобразователи 18 и 19, сумматор 20, источник 21 опорных напряжений, сумматор 22.

Генератор сл генерирует случ кретизированном мерным законом ти вероятности

жением

45

где +Y,, и шее и наименьшее сигнала Y(t).

Входной сигна но через коммут во времени X(t мент 6 задержки ,ij и коммутатор компаратора 12. ратора 12 одновр кретные значения X(t), синхрони заданной частоты импульсов. Если

Фильтр нижних частот 3 (фиг.З) содержит операционный усилитель 23, резистор 24, конденсатор 25, резистор 26, операционный усилитель 27, резисторы 28 и 29, резисторный переменный потенциометр 30.

Коррелометр работает следующим образом.

Коррелометр измеряет дискретные значения корреляционной функции в соответствии с выражением

т,

Схч(« . Т) Y 5 X(t -C)Y(t)d

огде -С - аргумент корреляционной функции, соответствуклцйй временному сдвигу сигналов X(t) и Y(t) один относително другого;

Т, - время интегрироваия. Генератор 9 случайных сигналов генерирует случайный игнал в дис- кретизированном виде X(t .) с линейным -участком закона распределения плотности вероятности в пределах йаибольшего .+Х и наименьшего -X „ возможных значений входного сигнала X(t), определяемом выражением

X

Р(Х)

+ X

-Ж1

и.

X

X,

чений -Y и +Y о . 0

Генератор случайных сигналов 8 генерирует случайные сигналы в дис- кретизированном виде (t) с равномерным законом распределения плотности вероятности P(Y) в пределах знаопределяемом вьфа- жением

P(Y) L 2Y,

причем

Y -У V о н 5

IY в i X

k

5

0

5

где +Y,, и предельное наибольшее и наименьшее значение входного сигнала Y(t).

Входной сигнал X(t) непосредственно через коммутатор 7 или сдвинутый во времени X(t 1.) через j-й элемент 6 задержки с - временем задержки ,ij и коммутатор 7 поступает на вход компаратора 12. На другой вход компаратора 12 одновременно подаются дискретные значения случайного сигнала X(t), синхронизируемого импульсами заданной частоты 1/Т от генератора 1 импульсов. Если

X(tj) .$ X(t -l-j-),

на выходе компаратора 12 формируется сигнал постоянного уровня X X (например, напряжение постоянного тока), в противном случае Х 0. Если разбить время Т на интервалы 4t, в течение которых сигналы

X(t) и Y(t) изменяются мало, то за время от момента tj до t ц сигнал X(t) изменяется мало и его можно считать постоянным, а количество стробирующих импульсов от генератора 1 равно N,отношение числа п. случаев, когда X(tn) $. X(tj -tj), к числу N пропорционально вероятности (t,) $ X(t. - S). С учетом закона распределения Р(Х) в пределах

-X

отношение -

N

Является

„ X АН

статистической оценкой вероятности Pj(. и равно

п; Cx(t; -fj) + XH

с дискретными значениями

сигнала X(t ), причем, если (tp.) X(t. « , на выходе компаратора 13 формируется сигнал Y X.,,

К

в противном случае Y fj 0. С учетом закона распределения P( ) случайного сигнала на выходе умножителя 10 iL

N

отношение

(1 j - число случаев единичного сигнала на выходе) является статической оценкой вероятности Р и равно

15

IL 1 x(ti -Cj) N Y; Y(t-)

1 I

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки физических сигналов. Цель изобретения - повышение точности в присутствии помех. Коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, фильтры 3, 4, 15 нижней частоты, генераторы 8, 9 случайных сигналов, умножители 10, 11, компараторы 13, 14. 3 ил.

N

8X2

в течение времени t; и t . на выходе ормируется импульсный ностью переменной случай20

сигнал

в ре между м компара 1 ср

ной скважностью, у которого среднее значение X ., „ за интервал Т Jt

и. - t

It Cf

NТ равно

п

11 cf.

Сигнал X

. ц; у

N-T N х

П

(t) поступает на фильтр 3 нижних частот с постоянной интегрирования Т, который вьщеляет постоянную составляющую X j сигнала X,,,(t), а такжб выполняет операцию вычитания в соответствии с вьфажени- ем .

X,(t.) K,X(t., -O.J ) XK

где К

Ч

Входной сигнал Y(t) поступает на второй вход умножителя 10 нем перемножается дискретными значениями случайного сигнала Y(t).

Если за время от момента t и

1-И

сигнал Y(t) изменяется мало

и его можно считать постоянным, то получаемые при этом дискретные значения случайного сигнала Y „jCtj,) на выходе умножителя 10 имеют равномерный симметричный относительно ну- ля закон распределения плотности вероятности

Р C-Y/t,.) Y,,(t,)

Y,(t.):

2Y(t;)-Y/

Далее в компараторе 13 дискретные значения случайного сигнала Y.,Q(tn)

ностью

сигнал Y ,a(t)

в результате в течение времени Т между моментами t j и t j на выходе компаратора 13 формируется импульсный ,341./ со случайной скваж- у которого среднее значение 1 ср интервал Т равно

Y i к. X ) ll Y 13 tp N-T N х(s

Сигнал Y ,j(t) поступает на фильтр 4 нижних частот с постоянной времени интегрирования Т, который выделяет постоянную составляющую Y р сигна- ла (t), а также выполняет операцию вычитания в соответствии с вьфа- жением

где К

4(t5) KI 2.Хк-К

X(ti -Cf)

Y(t

Tf

Сигнал Y(t) с выхода фильтра 4 нижних частот поступает на умножитель ,40 11, где перемножается с дискретными значениями (t) случайного сигнала, формируемого генератором 8 случайных сигналов. Получаемые при этом дискретные значения Y (t) случайного 45 сигнала на выходе умножителя 11 распределены по равномерному симметрич- ному относительно нуля закону плотное ти вероятности в пределах значений

P(Y,)

Y(t;)

Далее в компараторе 14 дискретные значения случайного сигнала , (t) , 55 уравниваются с дискретными значениями сигнала X(t ;), причем, если Y „ (t,)i

X i(t ) , на выходе компаратора 14 формируется сигнал Y Х, в противном случае Y , 0. С учетом условия, Mfo сигнал X (t-) времени между моментами t

в течение и t j,

практически не изменяется с учетом равномернбго закона распределения

P(Y,), отношение гт- (т j - число

случаев де)

,Ei. Ш

единичного сигнала на выхо- равно Y(t,)X(t; -

4Х.К

) .в течение времени Т на выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал Y:,2.(t) со случайной скважностью, среднее значение которого за интервал Т равно т;

м

Чгср Сигнал Y

Т ; Xк га- N.T( N К

jCt) поступает на фильтр 5 нижних частот с постоянными времени интегрирования Т и Т,, который выделяет постоянную составляющую Y р сигнала Y (t), выполняет операцию вычитания и вьщеляет среднее значен интеграла полученного таким образом сигнала за время Т существования сигналов X(t) и Y(t) в соответствии с выражением

т,)

К, 4К4

1

3 jY(t,)X(t. -.)dt:;

Б результате значение сигнала X ,.(Т ) пропорционально дискретному значению корреляционной функции Cx(( L, Т,). На выходе стохастического коррелометра сигнал приобретает последовательно значения, пррпорцио- нальные дискретным значениям корреляционной функции.

Генератор 9 случайных сигналов (фиг, 2) .работает следующим образом.

Генераторы 16 и 17 псевдослучай- ных чисел генерируют равномерно распределенные случайные числа от О до 2 - 1 с частотой, определяемой частотой стро ирующих импульсов, поступающих на стробирующий вход ге- .лератора 9. Псевдослучайные числа поступают на входы М-разр5Гдных циф- роаналоговых преобразователей 18 и 19.с значением опорного сигнала.

Фильтр нижних частот 3 (фиг.З) работает следующим образом. Опера- ционный усилитель 23 совместно с резистором 24 и конденсатором 25 образует интегратор, на выходе которого выделяется средний интеграл входного сигнала Xj2(t), из которого вычита2L4.x,

ется усиленный в

раз входной

сигнал X j(t) и сигнал постоянного уровня, равньа „- . Вычитание осуществляется на втором операционном усилителе 27. Коэффициент усиления сигнала X ,i(t), а также значение

15

0

25

30

35 40

45 50

5

X,

сигнала постоянного уровня - задао

ются соответственно с помощью резисторов, 29 и 26 и пoлoteeниeм среднего контакта потенциометра 30. Фильтр 4 нижних частот может быть выполнен по аналогичной схеме, что и фильтр 3, только в нем отсутствует связь входа фильтра через резистор 28 с входом второго операционного усилителя 27 и работает аналогично. Фильтр 5 нижних частот может быть выполнен по аналогичной схеме, что и фильтр 3, только в нем также отсутствует связь входа фильтра через резистор 28 с входом второго операционного усилителя 27 и вместо резистора 29 включен конденсатор, совместно с резистором 26, обеспечивающим постоянную времени интегрирования Т .

Формула изобретения I

Стохастический коррелометр, содержащий два генератора случайных сигналов, два компаратора, три фильтра нижних частот, генератор тактовых импульсов, причем выход первого генератора случайных сигналов соединен с первым входом первого компаратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены третий компаратор, два умножителя, п элементов задержки, коммутатор, делитель частоты, причем первый информационный вход коммутатора является первым входом коррелометра, входы элементов задержки объединены и подключены к первому входу коррелометра, выход i-ro (i 1, ..., п) элемента задержки соединен с (1+1)-м информационным входом коммутатора, выход / которого соединен с вторым входом первого компаратора и первым входом второго компаратора, второй вход

которого соединен с выходом первого умножителя, первый вход которого соединен с первым входом второго умножителя и выходом второго генератора случайных сигналов, второй вход первого умножителя является вторым входом коррелометра, выход первого компаратора через первый фильтр нижних частот соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход Которого соединен с выходом второго умножителя, второй вход которого че

рез второй фильтр нижних частот соединен с выходом второго компаратора, выход третьего компаратора соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого являетсй выходом коррелометра, выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровходом первого и второго генераторов случайных сигналов, первого, второго, третьего компараторов и через делитель частоты - с управляющим входом коммутатора.

..J