Устройство для определения взаимной корреляционной функции Советский патент 1991 года по МПК G06F17/15 

ё

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для измерения функции взаимной корреляции между случайными сигналами, подвергнутыми взаимному нелинейному масштабно-временному искажению, Целью изобретения является повышение точности. Устройство содержит коррелятор 1, блоки 2 и 3 элементов И, регистр 5, генератор 7 тактовых импульсов, сумматоры 4 и 12, блок 6 памяти, триггер 8, элементы 9,10 и 17 задержки, элемент И 11, счетчики 13, 14 и 16, блок 15 вычисления нелинейной составляющей переменной задержки. Работа устройства осуществляется циклически. Каждый цикл состоит из микроциклов, использующих простую процедуру накопления отсчетов частных коррелограмм со сдвигом их по оси задержек в процессе измерения. 1 ил.

ах.; о flx.2o

I

Вш

О 00

Ю

Ю

о со

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для измерения функции взаимной кореляции (ВКФ) между двумя случайными процессами.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема устройства для определения взаимной корреляционной функции.

Устройство содержит коррелятор 1, блоки 2 и 3 элементов И по М элементов И в каждом блоке, первый сумматор-1, регистр 5, блок б памяти, генератор тактовых импульсов (ГТИ) 7, триггер 8, третий и второй элементы 9 и 10 задержки, элемент И 11, второй сумматор 12, счетчики 13,14, блок 15 вычисления нелинейной составляющей переменной задержки, счетчик 16 и элемент 17 задержки.

Блок 15 может быть выполнен в виде ПЗУ,

Блок 15 управляет скоростью изменения задержка, компенсируя, таким образом, реально происходящее нелинейное изменение задержки в процессе измерения оценок ВКФ.

Что касается конкретной функциональной зависимости, реализуемой блоком 15 (т.е. нелинейной зависимости задержки от времени), то она определяется характером изменения физических параметров измеряемых сигналов, зависящих в основном от геометрии проведения измерений.

Так, например, во многих широко распространенных методах пространственно- временной обработки, использующих алгоритмы взаимного корреляционного анализа и основанных на избирательной по пространству процедуре компенсации произвольных текущих временных задержек, требуется определить ВКФ между сигналами, распространяющихся от равномерно перемещающегося по прямолинейной траектории точечного излучателя. В этом случае при компенсации задержек необходим учет квадратичного члена ряда Тейлора

Г(1) to) + Г1 (t - to) + т| Г11 (t - to)2

где to - вэемя начала измерений,

При использовании устройства для измерения ВКФ сигналов с изменяющейся по приведен ному закону задержкой, код на выходах ПЗУ 15 изменяется в соответствии с законом изменений квадратичного члена, входящего в формулу.

Работа устройства осуществляется циклически.

Число циклов определяется емкостью счетчика 13 сдвигов коррелогрзмм. Каждый

цикл состоит из микроциклов. На протяжении каждого микроцикла происходит расчет и занесение в определенные ячейки блока 6 памяти 2N отсчетов коррелограммы, которые вычисляются в корреляторе 1 (N - емкость счетчика 14 отсчетов коррелограмм). Число микроциклов в каждом цикле работы устройства различно. Оно зависит от состояния, в которое предустанавливается счетчик 16 коррелограмм в начале каждого цикла. Если емкость счетчика 16 составляет Р разрядов и к началу произвольного цикла Тц он установлен в состояние QJ, то длительность данного цикла составит

T,ii (2p-Qj} 2N At,

где At- период следования тактовых импульсов с выхода ГТИ 7.

Устройство для определения взаимной корреляционной функции работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 13 сдвигов отсчетов коррелограмм, счетчик 14 отсчетов коррелограмм, регистр 5, триггер 8 и все ячейки блока 6 памяти обнулены. Счетчик 16 коррелограмм предустановлен в состояние 0 , определяемое кодом на выходах блока Т5, Импульс запуска устанавливает триггер 8 в единичное состояние и значение первого отсчета коррелограммы,

представленное М-разрядным двоичным кодом, с выхода коррелятора 1 синхронно с первым с момента начала работы тактовым импульсом передается через блок 2 элементов И на первые информационные входы

первого сумматора 4.

Этот же тактовый импульс модифицирует состояние счетчика 14 на единицу, и установившийся на его разрядных выходах код (в рассматриваемый момент времени, равный логической единице) поступает на информационный вход второго сумматора 12. В сумматоре 12 происходит суммирование кодов, установленных на разрядных выходах счетчиков 13 и 14. Поскольку на протяжении первого цикла ТЦ1 работы устройства счетчик 13 находится в нулевом состоянии, то в этом цикле на адресных шинах блока 6 памяти присутствует код, определяемый состоянием счетчика 14.

Информация с выбранной ячейки памяти блока 6 памяти (в первом микроцикле первого цикла работы ее адрес равен единице) поступает на информационные входы регистра 5 и записывается в него зэдержанным элементом 9.задержки тактовым импульсом. Время задержки элемента 9 задержки определяется периодом формирования информации на выходах блока 6 памяти с момента поступления очередного

тактового импульса на счетный вход счетчика 14.

В сумматоре 4 происходит суммирование очередного 1-го отсчета коррелограмм (,2,..., 2N) с суммой 1-х отсчетов, вычисленных в данном цикле коррелограмм, записанной в 1-й ячейке блока б памяти. Результат суммирования заносится в эту же ячейку памяти тактовым импульсом, задержанным относительно импульса записи в регистр 5 элементом 10 задержки. Емкость счетчика 14 определяется длиной коррелограмм, вычисляемой коррелятором 1, и равна N. Это обеспечивает в каждом микроцикле работы устройства передачу и последовательную запись в блок б памяти 2Ы отсчетов коррелограмм с первой по 2N-io его ячейки. В конце каждого микроцикла 2м-й с начала микроцикла тактовый импульс устанавливает счетчик 14 в нулевое состояние, а на его выходе переполнения возникает сигнал, модифицирующий состояние счетчика 16 на единицу. При емкости счетчика 16 Р разрядов максимальный фактор усреднения, при котором задержка между сигналами, поступающими на информационные входы устройства, изменяется не более, чем на интервал дискретизации оси задержек, равен произведению фактора усреднения поступающих с выхода коррелятора 1, оценок отдельной так называемой частной кор- релограммы на число различных состояний счетчика 16, равное 2 . Время расчета частной коррелограммы составляет микроцикл работы устройства и выбирается из соотношения

ON

1

п где fb - верхняя частота входных сигналов;

V--- скорость изменения задержки между ними.

В этом случае фактор усреднения одной частной коррелограммы (Ч К) и находится из выражения

ТмцгЫп 1.

it

At(v)max fb

где ( Vj-) max - наибольшая возможная скорость изменения задержки.

В зависимости от скорости изменения задержки vr будет изменяться и фактор накопления отсчетов частных коррелограмм без сдвига их по оси задержек (длительность очередного цикла работы устройства). Значение этого фактора задается кодом, хранящемся в блоке 15 по адресу, который определяется состоянием счетчика 13.

В койне первого цикла состояние счетчика 16 станет равным 2Р и с приходом следующего импульса, поступающего с выхода переполнения счетчика 14, на выходе переполнения счетчика 16 сформируется импульс, который изменит состояние счетчика 13 на единицу. В блоке 15 по адресу.

равному коду установки счетчика 13, про- изойдетсчитывзние кода следующей команды, определяющего время следующего цикла. Этот код является первоначальным состоянием счетчика 1 б в следующем цикле.

Установка счетчика 16 осуществляется задержанным элементом 17 задержки импульсом, сформированным на выходе переполнения этого счетчика в конце предыдущего цикла. С приходом очередного тактового импульса начинается следующий цикл работы устройства.

Одновременно с установкой нового адреса блока 15 код, в который устанавливается счетчик 13 на время очередного цикла

(например, для второго цикла он равен еди-- нице), поступает на второй вход сумматора 12 и накопление i-x отсчетов частных коррелограмм, вычисляемых в этом цикле, осуществляется в ячейках блока б памяти по

адресу (+1). Таким образом, в конце цикла

(j 1,2 2k) - содержимое (1+1) ячейки

блока 6 будет

2p-Qj

Ri(l + 1)At +

-- 4

,р

+ 2 Ri(lAt)+.... + 2 -J +1)At

1-1i 1

где R|-отсчет Ч К.

35 По истечении 2k циклов, где k- емкость счетчика 13 сдвигов отсчете в коррелограмм. с приходом очередного импульса на его счетный вход, на выходе переполнения этого счетчика возникает импульс, по которому

40 триггер 8 устанавливается в нулевое состояние и через блок 3 элементов И 2N накопленных в ячейках блока 6 памяти отсчетов результирующей коррелограммы с выхода регистра 5 поступят на выход устройства.

45 Количество элементов И в блоке 3 элементов И определяется максимальным фактором накопления выходной (результирующей) коррелограммы, который зависит от емкости счетчиков 13 и 16 и фактора ус50 реднения частной коррелограммы. Формула изобретения Устройство для определения взаимной корреляционной функции, содержащее коррелятор, два блока элементов И. два сумма55 тора, элемент И, регистр, первый счетчик, три элемента задержки и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом коррелятора и счетным входом первого счетчика, первый и второй

информационные входы коррелятора являются информационными входами устройства, выход первого блока элементов И соединен с входами первого слагаемого первого сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок вычисления нелинейной составляющей переменной задержки, второй и третий счетчики, блок памяти и триггер, вход установки в единичное состояние которого является входом запуска устройства, а вход установки в нулевое состояние соединен с выходом переполнения второго счетчика, счетный вход которого соединен с входом первого элемента задержки и с вы- ходом третьего счетчика, выход первого эле- мента задержки соединен с входом разрешения записи третьего счетчика, выход коррелятора соединен с информационным входом первого блока элементов И, выход первого сумматора соединен с информационным входом блока памяти, адресный вход которого соединен с выходом второго сумматора, вход первого слагаемого которого соединен с информационным выходом первого счетчика, выход переполнения которого соединен со счетным входом третьего счетчика и входом синхронизации коррелятора, информационный выход второго счетчика соединен с входом блока вычисления нелинейной составляющей переменной задержки и входом второго слагаемого второго сумматора, выход элемента И соединен с входом разрешения записи блока памяти, выход которого соединен с информационным входом регистра, выход которого соединен с входом второго слагаемого первого сумматора и информационным входом второго блока элементов И, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом триггера прямой выход которого соединен с управляющим входом первого блока элементов И и с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, вход которого соединен с входом разрешения записи регистра и выходом третьего элемента задержки, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульбов, выход блока вычисления нелинейной составляющей переменной задержки соединен с информационным входом третьего счетчика, выход второго блока элементов И является выходом устройства.