Автокоррелятор Советский патент 1990 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к технике измерения характеристик случайных процессов и предназначено для определения автокорреляционных функций текущих стащюнарньгх процессов.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже приведена схема предлагаемого автокоррелятора.

Автокоррелятор содержит генератор 1 импульсов, аналого-цифровой пре- образователь (АЦП) 2,блок 3 памяти на Jj ячеек, первый 4 и второй 5 формирователи импульсов, пэлементов И 6 первой и п элементов И 7 второй групп, п элементов ИЛИ 8, (п-1) счетчиков 9, делитель 10 частоты на три, п триггеров 11, п блоков Г2 памяти группы, п сумматоров 13, (п-И) блоков 14 умножения, (п+1) блоков 15 вычитания, (п+1).регистров 16 второй

группы, (п+1) дополнительных счетчиков 17, (п+1) регистров 18 первой группы, (п+1) элементовТЭ задержки и (п+1) накапливаю1чих сумматоров 20.

Автокоррелятор реализует алгоритм оценивания корреляционной функции (КФ) с экспоненциальным логарифмическим сглаживанием..Вид алгоритма определяется функциональным преобразованием над отсчетами сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы блок 3 памяти, блоки 12 памяти, триггеры 11, счет- . чики 9, регистры 18 и накапливающие сумматоры 20 обнулены. В i-x регистрах 16 и счетчиках 17 занесен код, предназначенный для логарифмирования числа импульсов в системе счисления, в которой работает устройство. Для двоичной системы счисления это код

S

(Л

с

05

4

JJM..n,, где m - разрядность регистров 16. В нулевом регистре 16 - код

,111...0. АЦП 2 осуществляет дискре г

тиза цию во времени входного сигнала или его знака по передним фронтам прямоугольных счнхросигналов тактовой частоты генератора 1 импульсов, по которым осуществляется прием дис- кретизированного входного сигнала в первую ячейку блока 3 памяти и сдвиг содержимого ячеек блока 3 памяти. Формирователи 4 и 5 импульсов формируют короткие импульсы по передним фрон- там каждого второго тактового синхроимпульса начиная соответственно с первого и второго тактового синхросигнала. Таким образом осуществляется вьфаботка серий коротких синхро- импульсов половинной частоты тактового синхросигнала, сдвинутых друг относительно друга на 180 . С приходом йервого переднего фронта первого синхросигнала генератора 1 импульсов происходит прием первого дискретизи- рованного сигнала в первую ячейку блока 3 памяти, и начинает работать первый блок 14 умножения, первый блок 15 вычитания, первый регистр 18 и первый накапливающий сумматор 20, в которых происходит накопление суммы квадратов отсчетов входного сигнала:

. - Ч

(1)

где KX(O) f 0.

Если используется вариант алгоритма оценки КФ релейный, полярный и др

то соответствующее функциональное

преобразование может быть выполнено перед умножением в блоке 14.

Цикл работы при этом повторяется с приходом каждого последующего син- хроимпульса. С приходом переднего фронта третьего синхроимпульса первый раз срабатывает делитель 10 частоты на три и его выходной сигнал через первый элемент И 7 второй группы, открытый единичным сигналом с инверсного выхода первого триггера 11, и через первый элемент ИЛИ 8 поступает на вход записи второго блока 12 памяти, который осуществляет прием трал отсчетов процесса или их знаков, находящихся в его первых ячейках. Этот же сигнал с выхода первого элемента ИЛИ 8 переключает

триггер 11 в единичное состояние, запирая первый элемент И 7 второй группы и открывая первый элемент И 6 первой группы. Так как на прохождение синхроимпульса через элемент И 7 и элемент ИЛИ 8 и срабатывание триггера 11 требуется определенное время , то короткий импульс с выхода первого формирователя 4 импульсов, сформированный по переднему фронту третьего синхросигнала генератора 1 импульсов, не успевает пройти через первый элемент И 6 первой группы Следующий короткий импульс формируется через два синхроимпульса генератора 1 импульсов.

За это время в первом сумматоре 13 формируется сумма

f(i) + fCij), (2)

в первом блоке 14 - произведение

f(x,) + f(xj). fCio), (3)

в блоке 15 вычитания - разность

f(x,) + f(x,)f(i2) - К (1), (4)

О

где Kj((1) О (в начальный момент работы устройства).

Первый синхроимпульс, пришедший с выхода первого элемента И 6 первой группы, разрешает запись содержимого второго блока 15 вычитания в регистр 18. Через время задержки, достаточное для срабатывания регистров 18 и 16 и счетчика 17, этот же синхроимпульс разрешает накопление содержимого регистра 16 в накапливающем сумматоре 20. Сигнал с выхода первого элемента И 6 первой группы поступает также через первый элемент ИЛИ 8 на вход записи блока 12 буферной памяти, разрешая прием следующих отсчетов в этот блок 12 буферной памяти. Цикл работы первого канала коррелятора повторяется через каждые два синхроимпульса генератора 1 импульсов.

С приходом переднего фронта 3;-го синхросигнала тактовой частоты j-й раз срабатывает делитель 10 частоты на три и его выходной сигнал через j-й элемент И 7 второй группы, открытый единичный сигналом с инверсного выхода j-ro триггера 11, и через j-й элемент ИЛИ 8 поступает на счетный вход соответствующего счетчика 9 с коэффищ1еитом пересчета j. Так как до этого на вход этого счет516

чика 9 пришло (j-1) импульсов, то после прихода j-ro импульса на выходе переполнения этого счетчика 9 вырабатывается сигнал, который посту пает на вход записи j-ro блока 12 памяти, который осуществляет прием 3J отсчетов процесса или их знаков, находящихся в первых 3 ячейках блока 3 памяти. Этот же сигнал с выхода переполнения счетчика 9 с коэсМжци- ентом пересчета j переключает j-й триггер 11 в единичное состояние, запирая j-й элемент И 7 второй группы и .открывая j-й элемент И 6 первой группы. Если j - нечетное число, то первый вход j-ro элемента И 6 первой группы подключен к выходу первого формирователя 4 импульсов. В этом случае с приходом 3j-ro синхросигнала на первый вход j-ro элемента И 7 второй группы на первый вход j-ro элемента И 6 первой группы приходит (Зjl1)/2-й импульс первого формирователя 4 импульсой. Однако, так как на прохождение 3j-ro синхроимпульса через j-й элемент И 7 второй группы и j-й элемент ИЛИ 8 и срабатывание j-ro управляющего триггера 11 требуется определенное время, короткий (Зj+1)/2-й импульс с выхода первого формирователя 4 импульсов не успевает пройти через j-й элемент И б первой группы. Следующий короткий импульс на вькоде первого формирователя 4 импульсов вырабатывается через два тактовых синхросигнала.

За это время в j-м сумматоре 13 формируется сумма

f(x,) + ,(5)

,.в j-M блоке 14 - произведение

f(x,) 4- f(x2j,,) f(x.,), (6)

в j-M блоке 15 вычитания - разность

f,) . f(x,j.,,)lf(x,-,, )-K;(j),(7),

где Kjj(j) 0 (в начальный момент времени работы устройства).

Первый синхроимпульс, прошедший с выхода j-ro элемента И 6 первой группы разрешает запись содержимого j-ro блока 15 вычитания в j-й регистр 18. Через время задержки, достаточное для срабатывания регистра 18 и 16 и счетчика 17, этот же синхроимпульс разрешает накопление содержимого j-ro

6

174476

регистра 16 в j-накаплиплющем сумматоре 20. С приходом каждого i-ro синхроим- J пульса (i 1-fj) с выхода j-ro элемента И 6 первой группы в j-й накапливающий сумматор 20 заносится промежуточное преобразование в соответствии с выражением:

10;

К (j)

/J - Jeo,.(x.;.i)x 4;(2;-2) ) - к ; (j).

(8)

Цикл работы j-ro канала автокоррелятора повторяется через j синхроимпульсов, пришедших с выхода пер2Q вого формирователя 4 импульсов через j-й элемент И6 первой группы. После этого (с приходом (j + D-ro синхроимпульса с выхода j-ro элемента И 6 первой группы в j-й блок 12 памяти

2 принимаются следующие 3j отсчетов входного процесса, сдвинутых тактовыми синхросигналами в блоке 3 памяти на 2J ячеек памяти. С приходом j-ro тактового синхросигнала на выходе j-ro накапливающего сумматора 20 формируется оценка КФ входного процесса.

В случае, если j - четное, работа j-ro канала автокоррелятора аналогична рассмотренному с той разницей, 5 что на первый вход элемента И 6 первой группы приходят с выхода второго формирователя 5 импульсов.

Вспомогательные j-e регистр 16 и счетчик 17 осуществляют логарифмиро- 0 вание числа импульсов, приходящих с выхода j-ro элемента И 6 первой группы, соответствуюпщх числу усредняемых пар произведений отсчетов процессов по основаншо gCg 2) и сдвиг 5 содержимого j-ro регистра 18 на величину. int(.M3) . Это происходит следующим образом. Перед началом работы в J-X регистре 16 и счетчике 17 находится код 111... 1 . С приходом 0 первого синхроимпульса на счетный вход j-ro счетчика 17, соответствующего моменту формирования пары сомножителей (6), на его выходе переполнения появляется сигнал, который 5 сдвигает содержимое j-ro регистра 18 на один разряд вправо (что соответствует делению выражения (7) на два). Этот же сигнал поступает иа вход записи этого же счетчика 17 и записывает в него содержимое j-ro регистра 16, т.е. код 11...10, а потом сдвигает содерткимое этого регистра 16 на один разряд влево, образуя код 11...10. С приходом второго синхроимпульса на вход j-ro счетчика 17 он снова формирует сигнап на своем чыходе переполнения, сдвигает содер- JQ имое j-ro регистра 18 вправо на дин разряд (что соответствует делению на 4), принимает код 11...10 из j-ro регистра 16 и сдвигает содеримое этого регистра 16, образуя код ( 1...100,И тал. далее до конца работы.

Первые вспомогательные регистр 16 счетчик 17 работают аналогично той разницей, что счетчик 17 перечитывает каждый тактовый импульс 20 ератора 1 импульсов.

С приходом последнего N-ro тактоого синхроимпульса на выходах накапливающих сумматоров 20 сформированы оценки авто-КФ входного процес- 25 са. Причем при f(xj) signx;, т.е. знаковой функции отсчета процесса, на выходе образуются оценки полярной авто-КФ. В э том случае принципиадь- ная схема существенно упрощается. зо

Кроме этого, в отличие от прототипа предлагаемый автокоррелятор позвояет устранить методическую погрешность усреднения оценки КФ входного процесса особенно при больщом числе ординат КФ,

Формула изобретения

Автокоррелятор, содержащий аналого- д цифровой преобразователь, информационный вход которого является информационным входом автокоррелятора, генератор импульсов, блок памяти, группу , из п (п - число отсчетов корреляцион- и

ной функции) блоков памяти, п сумма- торов п-1 счетчиков, п триггеров, п

элементов НЛИ,п элементов И первой группы, п элементов И второй группы, п+1 блоков умножения, п+1 накаплива- сп ющих сумматоров, делитель частоты на три, первый формирователь импульсов, причем информационный вход блока памяти соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, j-й информационный вход (i 1 ,..., 3j)j-ro . (j 1,...,n) блока памяти группы соединен с i-м выходом блока памяти, первый выход которого соединен с пер35

вым и вторым входами первого блока умножения, вход разрешения записи первого блока памяти группы и информационный вход первого триггера соединены с выходом первого элемента ИЛИ, выходы J-X элементов И первой и второй групп соединены соответственно с первым и вторым входами j-ro элемента ИЛИ, выход генератора импульсов подключен к тактовым входам анп- лого-цифрового преобразователя и блока-памяти, через первый формирователь импульсов к первому входу (2k-1)-ro

,(k 1 ,2,...,

n+1 .

} элемента И первой

0

5 о

д

п

5

группы и через делитель частоты на три - к первым входам элементов И второй группы, выход 1-го (1 2,..., п) элемента ИЛИ соединен со счетным входом (1-1)-го счетчика, выход переполнения которого соединен с входом разрешения записи 1-го блока памяти группы и информационным входом 1-го триггера, прямой и инверсный выходы j-ro триггера соединены с вторыми входами j-ro элемента И соответственно первой и второй групп, вход управления считыванием j-ro блока памяти группы соединен с выходом j-ro элемента И первой группы, первый, (2j + 1)-й и ()-й выходы j-ro блока памяти группы соединены соответственно с первым, вторым входами j-ro сумматора и первым входом j-ro блока умножения, второй вход которого, соединен с выходом j-ro сумматора, выход т-го (т 1,...п+1) накапливаю- щего сумматора является т-м выходом автокоррелятора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точ- ности, в него дополнительно введены второй формирователь импульсов, п+1 регистров первой группы, п+1 дополнительных счетчиков, п+1 блоков вычитания, п+1 регистров второй группы и п+1 элементов задержки, причем выход генератора импульсов соединен со счетным входом первого дополнительного счетчика, входом разрешения записи регистра первой группы, через первый элемент задержки - с синхровходом первого накапливающего сумматора, а через второй формирователь импульсов- с первым входом 2k-ro элемента И первой группы, выход j-ro элемента И первой группы подключен к счетному входу (j+1)-ro дополнительного счетчика, входу разрешения записи (j+1)9161

го регистра первой группы и qepeaf (j+1)-H элемент задержки - к синхро- входу (j+1)-ro накапливающего сумматора, выход т-го накапливающего сумматора соединен с входом вычитаемого т-го блока вычитания, вход уменьшаемого которого соединен с выходом т-го блока умножения, а выход - с информационным входом т-го регистра первой группы, сдвиговый вход которого соединен со сдвиговым входом т-го

710

регистра второй группы, входом разрешения начальной установки т-го до- полнительного счетчика и выходом переполнения т-го дополнительного счегчика, вход задания начального состояния которого соединен с выходом т-го регистра втор ой группы, информационный вход т-го накапливающего сумматора соединен с выходом т-го регистра первой группы.

Изобретение относится к технике измерения характеристик случайных процессов и предназначено для определения автокорреляционных функций (АКФ) текущих стационарных процессов. Целью изобретения является повышение точности. В автокорреляторе реализуется алгоритм оценки АКФ с экспоненциальным сглаживанием. Автокоррелятор содержит генератор импульсов, аналого-цифровой преобразователь, блоки памяти, формирователи импульсов, элементы И, элементы ИЛИ, счетчики, делитель частоты на три, триггеры, сумматоры, блоки умножения, блоки вычитания, регистры, элементы задержки, накапливающие сумматоры. 1 ил.

«xW

«Г/Ю

к(1)

Кж101