Многоканальный автокоррелятор Советский патент 1992 года по МПК G06G7/19 

Ё

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к определению временных характеристик стационарных случайных процессов, и предназначено для статистического анализа. Цель изобретения -упрощение кон- струкции. Новым в устройстве является введение регистра сдвига. Работа устройства основана на связи оценки спектра Sx 0) мощности случайного процесса с автокорреляционной функцией Rx( т). 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к определению временных характеристик стационарных эргодических случайных процессов, и предназначено для статистического анализа.

Известен коррелятор, содержащий биполярные ключи, генератор функций Уолша, усреднители, интеграторы, блок умножения, весовой сумматор 1.

Недостатком коррелятора является необходимость значительного увеличения количества ключей для многоканального варианта.

Известен многоканальный автокорре- лятор, содержащий генератор функций Уолша, выходы которого подключены к первым входам биполярных ключей всех каналов, при этом вторые входы биполярных ключей объединены и являются входом автокоррелятора, выход биполярного ключа в каждом канале соединен с входом интегратора этого канала, входы весовых сумматоров соединены соответственно с выходами блоков усреднения каждого канала, а также блок управления и в каждом канале аналоговый ключ и квадратор, вход которого соединен с выходом аналогового ключа, а выход - с входом блока усреднения своего канала, ин- формационный вход аналогового ключа подключен к выходу интегратора, управляющие входы интеграторов и аналоговых ключей всех каналов подключены к выходу блока управления, вход которого соединен с управляющим выходом генератора функций Уолша -2.

Недостатком такого автокоррелятора является сложность конструкции за счет наличия генератора функций Уолша параллельного типа и биполярных ключей.

00

го

го

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что в многока нальный автокоррелятор, содержащий N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого ключа, интегратора, второго ключа, квадратора и блока усреднения, N весовых сумматоров, входы которых соединены соответственное выходами блоков усреднения каждого канала, при этом информационные входы первых ключей N каналов объединены и являются входом автокоррелятора, входы установки в ноль интеграторов и управляющие входы вторых ключей N каналов объединены, введен регистр сдвига, 1-й (HfTR) разрядный выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 1-го канала, а выход переполнения - с входом установки в ноль регистра сдвига и управляющими входами вторых ключей каналов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого автокоррелятора.

Многоканальный автокоррелятор содержит регистр 1 сдвига, к разрядным выходам которого подключены управляющие входы первых ключей 2, количество которых равно числу вычислительных каналов. Каждый канал состоит из последовательно соединенных первого ключа 2, интегратора 3, второго ключа 4, квадратора 5, блока 6 управления. Выходы всех блоков усреднения соединены с соответствующими входами весовых сумматоров 7, выходы которых являются выходами автокоррелятора. Информационные входы ключей 2 объединены и являются входом автокоррелятора. Выход сигнала переполнения регистра 1 сдвига соединен с входами установки в ноль интегра- торов 3, регистра 1 сдвига и с управляющими входами вторых ключей 4.

Для определения автокорреляционной функции стационарного случайного процесса x(t) используются следующие оценки:

Rx(t)1/NNf x(k)x(k.+ t): HJ Rxftj-l/N1; | x(k)x(k + t). (2)

Соотношения (1) и (2) в матричной форме можно записать как

x1,

где М имеет вид

М

(000О О О

О 0 ( 0....О 4 О

00 0 4.... О О

О 0 0 О

О Г 07 0..00 {

Пусть z (J, k) - дискретная система функций, образующая базис в пространстве RN, J, , N-1. Тогда в качестве оценки спектра мощности центрированного стационарного случайного процесса можно использовать

Sx2(j)-1/NN21 ap2(J)2. (3)

где ар) - коэффициенты разложения последовательности x(t);

р - номер циклического сдвига.

Используя разложение последовательности х (р+ k) At, где At- шаг дискретизации, в ряд по базисной системе z(J, k), получают

N-1 N - 1 N-1

Sxz(j)i/N 222

р 0 k 0 m 0

.x(p + k (p + m) At z(j.k)-z(j,m).(4)

Применив к выражению (4) замену I и изменив порядок суммирования, имеют

Sx Oh Д1 Rx(lAt) J z(|,k)z( J,k+l).

(5) Вводят обозначение

Rz().l) 1/N 2 (J,k)-z(),

где Rz(J. О функция автокорреляции базисной системы функций. Тогда

S5 (j) 1/N Rz Rx (I, At). (6)

В качестве произвольной дискретной системы функций используют преобразование 2, которое представляет собой верхнетреугольную матрицу, элементы которой равны единице.

Обратная матрица имеет вид

Исходя из выражения (6), можно вычис-Таким образом, искомая корреляционлить оценку спектральной плотности мощ- 25 ная определяется выражением ности по преобразованию z. В матричной

кГ(г) Sx(j).

форме

Si 0) 1/N Rz Rx (г).

где RZ - матрица автокорреляции по базису

z...-.

Для

8 8 8 8 8 8 666666 4 4 4445 322234 21 О 4.Ј Ъ

о о о t ч

О 00001

оооооо

Применив слева и справа преобразование матрица, обратная RZ) и учиты- вая свойство Rx(t)n Rx(N-t), получают выражение для вычисления значений автокорреляционной функции процесса x(t) по оценкам спектральной плотности мощности 8хгО):

Rx 1/NR2 1Sxz.

-1

RZ для произвольной размерности имеет вид

0000 О О О I

о оо о .о о 1г -

о о о о - ..... о на - 42

О О О Оf/2 -I f/2 0

о

о о

о о о о о о

0

5

О 0 №-( .... ... О

О /2. -I f/2 ....... О

/2 -I П 0 ... ... .0

Таким образом, если разбить интервал времени (О, Т) на n участков (n & N) длиной. То и вычислить преобразование по z для каждого из этих участков с возведением в квадрат коэффициентов разложения по г, то получают n периодограмм, среднее арифметическое которых при достаточно больших То и n N дает оценку спектральной плотности мощности SXZ0) по преобразованию z, которая является как несмещенной, так и состоятельной.

с Ьх

и Ј0

11 р 0

sSn 0),

ная определяется выражением

кГ(г) Sx(j).

Работает автокоррелятор следующим образом.

На вход автокоррелятора в виде напряжения поступает исследуемый процесс x(t). Работой ключей 2 управляет регистр 1 сдвига, в результате чего включаются последовательно ключи 2 от первого до М-го. Преобразованные напряжения с выходов ключей 2 поступают на вход интеграторов 3. Такое преобразование происходит в течение времени То, где Т0 - интервал преобразование по z. По окончании времени регистр 1 сдвига вырабатывает сигнал переполнения, по переднему фронту которого регистр сдвига устанавливается в ноль и открываются ключи 4, в результате чего напряжения с выходов интеграторов 3 возводятся в квадрат и поступают на вход блоков 6 усреднения, где они запоминаются. По заднему фронту сигнала переполнения происходит сброс интеграторов 3 в ноль и начинается второй цикл вычисления аналогичным образом. По истечении времени Т пТ0, где n N, на выходе весовых сумматоров 7 присутствуют напряжения соответствующих ординат автокорреляционной функции.

Значения весовых сопротивлений весовых сумматоров выбираются в соответствии со значениями элементов строк матрицы Rz . Так, например, значения весовых сопротивлений третьего сумматора 7 выбираются такими, чтобы выходное напряжение на его выходе было равно

ивыхз - К (Ks UBXS - Кб Uexe + К UBX7) - RX ,

где ивхг напряжение с выходов 1-х блоков

усреднения;

,

,

.

Таким образом, введение регистра сдвига укорачивает схему автокоррелятора, так как в нем отсутствуют генератор функций Уолша параллельного типа, блок управления, а биполярные ключи заменены на одномерные, т.е. цель достигнута.

,

0

5

0

Формулаизобретения Многоканальный автокоррелятор, содержащий N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого ключа, интегратора, второго ключа, квадратора и блока усреднения, N весовых сумматоров, входы которых соединены соответственно с выходами блоков усреднения каждого канала, причем информационные входы первых ключей N каналов объединены и являются входом автокоррелятора, входы установки в ноль интеграторов и управляющие входы вторых ключей N каналов объединены, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен регистр сдвига, 1-й (, N) разрядный выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 1-го канала, а выход переполнения регистра - соединен с выходом установки в ноль регистра сдвига и с управляющими входами вторых ключей N канглов.

We) .

R(D,

R(N-d