ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР С ЗАПОМИНАЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ НА МАГНИТНОМ БАРАБАНЕ Советский патент 1966 года по МПК G06F17/15 

Известны цифровые корреляторы с запоминающим устройством на магнитном барабане, содержащие арифметическое устройство, включающее устройство умножения и суммирования, устройства ввода и вывода, а также устройство управления.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в блоке управления выход устройства формирования импульса начала отсчета подключен к импульсным входам первого и второго ключей, потенциальные входы которых подсоединены соответственно к единичному и нулевому выходам первого триггера; к его единичному входу подключены вход первого потенциального усилителя-инвертора и через дифференцирующую цепочку нулевой выход второго триггера; выход усилителя-инвертора подключен к нулевым входам первого и третьего триггеров и единичным четвертого и пятого триггеров; единичный вход третьего триггера через дифференцирующую цепочку подключен к выходу первого одновибратора, ко входу которого также через дифференцирующую цепочку подключен нулевой выход пятого триггера, единичный выход третьего триггера соединен с потенциальным входом третьего ключа, к импульсному входу которого нодсоединен выход первого ключа; выход третьего ключа подключен ко входу второго одновибратора, выход которого через дифференцирующую цепочку подсоединен к нулевому входу первого триггера; к нулевому входу второго триггера подключены выход второго ключа и шина «исходное состояние, его единичный вход соединен с выходом счетчика оборотов; выход схемы формирования синхроимпульсов ячеек подключен к импульсным входам четвертого и пятого ключей, к потенциальным входам которых подключены соответственно единичный и нулевой выходы шестого триггера; к его нулевому входу подсоединен выход первого усилителя-инвертора, к единичному - выход первого ключа; выход четвертого ключа соединен с импульсным входом шестого ключа, к потенциальному входу которого подсоединен единичный выход четвертого триггера; выход шестого ключа подключен ко входам седьмого, восьмого ключей и третьего одновибратора, выход которого через дифференцирующую цепочку и усилитель подсоединен к импульсным входам девятого и десятого ключей; к счетному входу четвертого триггера иодключен выход первого ключа, единичный выход четвертого триггера подсоединен к потенциальному входу щестого ключа и ко входам первой, второй и третьей схем совпадения, а также через дифференцирующую цепочку к счетному входу пятого триггера; нулевой вход которого подключен к потенциальным входам девятого и десятого

ключей, к первым входам первой и второй схем совпадения, а единичный - к потенциальным входам седьмого и восьмого ключей и к первому входу третьей схемы совиадения; второй вход первой схемы совпадения подсоединен к нулевому выходу седьмого триггера, к нулевому входу которого через дифференцирующую цепочку подключен нулевой выход пятого триггера; единичный вход седьмого триггера подсоединен к выходу собирательной схемы устройства управления режимами; к нулевому входу восьмого триггера подключены через собирательную схему выход схемы формирования импульса начала отсчета и выход десятого ключа, к единичному - выход восьмого ключа; к нулевому входу девятого триггера подсоединены выход схемы формирования импульса начала отсчета и выход седьмого ключа, к единичному - выход девятого ключа; единичные выходы восьмого и девятого триггеров подключены соответственно ко входам первого и второго повторителей, а в заполняющем устройстве к ключевым входам усилителей считывания основных сдвигаемой и несдвигаемой дорожек подсоединен выход первого повторителя, к ключевому входу усилителя считывания вспомогательной дорожки - выход второго повторителя; входы усилителей считывания подключены к обмоткам считывания соответствующих головок; выход каждого усилителя считывания несдвигаемой дорожки подключен к единичному входу одного из четырех триггеров несдвигаемого процесса, а выходы усилителей сдвигаемой и вспомогательной дорожек подсоединены попарно к четырем собирательным схемам, выходы которых подключены к соответствующим триггерам регистра сдвигаемого процесса по их единичным входам; к шине сброса регистров сдвигаемого и несдвигаемого процессов подключены через собирательную схему выходы восьмого и девятого ключей.

Единичный выход пятого триггера через дифференцирующую цепь, усилитель и контакт реле, замкнутый в режиме «согласованный фильтр и разомкнутый только в режиме вычисления с кольцевым сдвигом, подключен к цепи сброса регистра сдвигаемого процесса и к импульсным входам четырех ключей, потенциальные входы которых подсоединены с устройством ввода, а выходы подключены к единичным входам соответствующих триггеров регистра сдвигаемого процесса; в устройстве также содержится счетчик циклов сдвига, имеющий один вход и два выхода, вход счетчика подключен через дифференцирующую цепочку к нулевому выходу пятого триггера, нулевой выход его седьмого триггера через дифференцирующую цепочку и усилитель подключен к импульсному входу одиннадцатого ключа, а нулевой выход десятого триггера через такую же цепь к импульсному входу двенадцатого ключа; выходы одиннадцатого и двенадцатого ключей через собирательную

схему подсоединены к единичному входу седьмого триггера.

Выход одиннадцатого ключа подсоединен к нулевому входу десятого триггера;

потенциальные входы одиннадцатого и двенадцатого ключей подсоединены соответственно к единичному и нулевому выходам десятого триггера, на единичный вход которого, а также на сброс счетчика циклов сдвига подключей выход второго потенциального усилителя-инвертора, вход которого подсоединен к нулевому выходу одиннадцатого триггера, к нулевому входу которого подключена шина «исходное состояние, а на его единичный

вход подключен источник пускового импульса; выход второго ключа подсоединен к импульсным входам тринадцатого и четырнадцатого ключей, выход пятого ключа подключен ко входу пятнадцатого; на потенциальные входы

тринадцатого и пятнадцатого ключей подсоединен единичный выход одиннадцатого триггера; к потенциальному входу четырнадцатого ключа присоединен нулевой выход двенадцатого триггера, нулевой вход которого соединен с пультом; выход четырнадцатого ключа через собирательную схему, другой вход которой подключен к выходу схемы ожидания, подсоединен ко входу третьего одновибратора, выход которого через дифференцирующую цепочку подключен к единичным входам одиннадцатого и двенадцатого триггеров; выход тринадцатого ключа подсоединен к нулевому входу одиннадцатого ipHrrepa, ко входу счетчика оборотов и через собирательную схему - ко

входу счетчика ячеек подключен также выход пятнадцатого ключа, который также через собирательную схему подсоединен к шине сброса регистров сдвигаемого п несдвигаемого процессов; выход счетчика ячеек подключен через

усилитель к импульсным входам двух групп ключей, к потенциальным входам этих ключей подсоединены единичные выходы триггеров регистров сдвигаемого и несдвигаемого процессов, а выходы соединены с арифметическим

устройством; выход счетчиков оборотов подключен к единичному входу второго триггера, причем счетчики ячеек и оборотов имеют равное число триггеров. Это позволяет работать в режимах согласованного фильтра вычисления текущей корреляционной функции и корреляционной функции нестационарных процессов с усреднением по множеству реализаций.

На фиг. 1, 3 изображена иринципиально-логическая схема цифрового коррелятора без арифметического устройства и устройств ввода и вывода, которые не отличаются от известных; на фиг. 1, 2, 3 - логическая схема устройства управления циклом записи и сдвига. Часть этой схемы, приведенная на фиг. 3, в реальном устройстве повторяется четыре раза (по числу двоичных разрядов, используемых в корреляторе для представления входных данных, коррелятор работает в параллельном коде); на фиг. 4 - логическая схема управления режимами коррелятора (приведен режим вычисления текущей корреляционной функции как наиболее существенный для данной заявки); на фиг. 5 - логическая схема управления циклом вычисления одной точки результирующей функции (корреляционные функции по времени, текущая по множеству и реакция согласованного фильтра); на фиг. 6 - диаграмма работы элементов схемы записи и сдвига (фиг. 1, 2, 3), на которой показано 4 синхроимпульса основных ячеек (в действительности их 1024). В настоящее время одними из самых распространенных инструментов экспериментального исследования во всех областях техники, связанных с изучением случайных процессов, являются корреляторы. Подавляющее больщинство из них предназначено для стационарных нроцессов и в той или иной форме осуществляет алгоритм: 1 . ( для взаимных или л-). f-(0-v(+) для автокорреляционных функций, где X и у - исследуемые стационарные случайные процессы; Т - интервал усреднения по времени;t - текущее время; т-временной сдвиг между процессами;, (т) и л: (т)-соответственно взаимная и автокорреляционная функции. Весьма обширен особый класс корреляторов - согласованные фильтры, на использовании которых основана современная техника выделения сигналов известной формы из-под аддитивных щумов. Согласованные фильтры выполняют довольно близкую к (1) операцию; г (.):.-- {h(}y(,-f)di, где h(t) - импульсная переходная функция согласованного фильтра; 2 (т)-реакция этого фильтра на сигнал y(t), нредставляющий собой аддитивную смесь полезного сигнала со стационарным шумом n(t), где о- неизвестное время задержки полезного сигнала. Если шум n(t) - белый, а сигнал x(t) имеет конечную длительность Т, т. е. то импульсная переходная функция согласованного фнльтра (3): h(t) x(T-t} Подставляя формулы (3) и (4) в формулу (2), имеем: z((T-t}y(-.t)dt i л- () y(. TR. (. - Т) (5) о Таким образом, реакци5 согласованного фильтра на смесь нолезного сигнала с белым шумом есть, с точностью до постоянного мнон ителя и постоянного сдвига, взаимная корреляционная функция данного полезного сигнала и его смесн с щумом. Однако техническое воплощение согласованных фильтров, как правило, существенно отличается от обычных корреляторов. В первую очередь отлнчие обусловлено тем. что в согласованном фильтре задержка должна изменяться в очень щироких нределах. Это требование выполняется, когда фильтр нредставляет собой обычную динамическую систему с импульсной переходной функцией (4), но, как нравило, трудно выполнимо в корреляторах с ограниченной величиной задернски или ограниченной внутренней памятью (внутренней памятью коррелятора здесь называется та длина реализации в аналоговых или то число отсчетов в дискретных корреляторах, но которым производится интегрирование при вычислении каждой точки корреляционной функции, т. е. интервал О-7). Чтобы коррелятор работал в режиме согласованного фнльтра при нолном иснользовании внутренней намяти, необходимо перед вычислещ ем каждой очередной точки взаимной корреоТяционной функции, во-первых, сдвинуть весь процесс y(t) на один интервал Дт (расстояние между соседними точками корреляционной функции) вперед по направлению течения времени и нри этом «вытолкнуть из внутренней памяти самый ранний отсчет, вовторых, вписать в освободивщееся при сдвиге место новый отсчет из внешнего устройства ввода. Несдвигаемый процесс при этом должен оставаться на месте как угодно долго. Только при таком способе сдвига одного процесса относительно другого можно получить большие задержки, намного превыщающие длину интервала Т интегрирования, что является главным для коррелятора как согласованного фильтра. Нензвестны корреляторы с памятью на магнитном барабане, способные как вычислять авто- и взаимные корреляционные функции (при ограниченном сдвиге), так н работать в

угодно бол)1иом диапазоне изменения сдвига т).

Специальные согласованные фильтры обычно рассчитаны на какой-то один илн несколько сигналов н в качестве универсального коррелятора применяться не могут.

Предлагаемый коррелятор может сколько угодно долго работать в режиме согласованного фильтра при полном использовании своей внутренней памяти, причем тактовая частота вывода совпадает с тактовой частотой ввода, если последняя не превышает доиустимой границы. Это достигнуто примеиением особого способа записи и сдвига числовой последовательности на магнитном барабане, изложенного в отдельной заявке.

При изучении нестационарных случайных процессов часто пользуются так называемой кратковременной корреляционной функцией, которая, хотя и не имеет строгой матедматической основы, приносит большую пользу в таких областях, как опознание речи и т. п.

Сущность кратковременной корреляциоиной функции в том, что интервал интегрирования в формуле (2) сокращают до минимального, допуская, что данный участок есть реализация некоторого стационарного процесса, и вычисляют по обычному алгоритму (2) корреляционную функцию, которая в этом случае называется кратковременной. Далее берут новый участок (часто пересекающийся с данным) и вычисляют новую кратковременную корреляционную функцию и т. д. Множество кратковременных корреляционных функций данного нестационарного процесса называется текущей корреляционной функцией. Особеииостью корреляторов для вычисления текущих корреляционных функций является то, что они должны осуществлять автоматический сдвиг не только одного, но и второго процесса.

Предлагаемый коррелятор позволяет вычислять корреляционные функции с усреднением по множеству реализаций, причем это достигнуто совершенно незначительным увеличением оборудования по сравнению с другими его режимами.

Корреляционная функция K.xy(i, двух центрированных случайных функций X(i) и y(t) определяется, как (5):

K,,,(t, t (C)Y{t)

где М -операция математического ожидания, т. е. усреднение по множеству. Заменяя усреднение по счетному мнолсеству усреднением по конечному и заменяя переменную Г / + т, получим :

Л

(t, -.} , (t, -.} л-„ (f) у„ (I т), (7)

текущее время t и временной сдвиг т; .„ и /,, -реализация процесса;

п - порядковый номер реализации;

N - общее число реализаций каждого процесса.

Предлагаемый цифровой коррелятор в режиме множественной корреляции работает по алгоритму:

А-, i} --- 1. .(i + /);

/-.1,2, ..., М, 1 1,2, ..., М-1

при вычислении автокорреляционных или

iV

Л ,/)---; Vл,,у„{/ + /);

J

li-l ,2, ..., М, ,2, ...,M-i

при вычислеиии взаимных корреляционных

функций,

где М - общее число реализаций;

I - номер отсчета, соответствующий текущему времени;

/ - сдвиг, выраженный в числе отсчетов.

Соответствующие режимы работы обесиечивают решение задач различного вида. Главная особенность режима - полная автоматизация. Переход к другому режиму производится переключениями иа пульте управлеиия.

Коррелятор имеет следующие режимы работы.

1. Режимы ввода данных:

а)запись иесдвигасмого процесса или импульсной переходной функции;

б)запись сдвигаемого процесса. 2. Режимы вычисления:

а)вычисление корреляциоиной функции по времени с замыканием сдвигаемого процесса в кольцо;

б)вычисление корреляционной функции по множеству.

3. Режимы, в которых ввод и вычисление производятся одновременно:

а)согласованная фильтрация (точнее линейная стационарная фильтрация вводимого

процесса произвольным фильтром);

б)вычисление текущей автокорреляционной функции.

Примечание: режим 2,6 при соответствующих входных данных позволяет производить линейиую фильтрацию фильтром с перемепными параметрами, а также умножение двух квадратных матриц.

1.Цикл сдвига iia один такт:

а)цикл сдвига с записью нового числа в освободившуюся при сдвиге первую ячейку;

б)цикл сдвига с кольцевой перезаписью (число из последней ячейки переписывается Б первую).

2.Циклы вычисления одной точки результирующей функции:

а)цикл вычисле)шя при усреднении по времени;

б)цикл вычисления при усреднении по множеству.

3.Цикл ожидания (для вывода результата из арифметического устройства).

Коррелятор содержит устройство управления, запоминающее устройство, арифметическое устройство, устройство ввода, устройство вывода.

Устройства ввода и арифметическое те же, что и в известных корреляторах. Устройством вывода служит любой регистрирующий прибор, например щлейфовый осциллограф.

Основные отличия предлагаемого коррелятора заключаются в устройствах управления и запоми:.1ающем устройстве.

Выход устройства / (см. фиг. 1) формирования импульса начала отсчета барабана на шине 2 подсоединен к импульсным входам ключей 3 и 4. Потенциальный вход ключа S соединен с единичным выходом триггера 5, а потенциальный вход ключа 4 - с нулевым выходом триггера 5. На единичный вход триггера 5 подключен через дифференцирующую RC-цепочку нулевой выход триггера 6, на нулевой вход - выход нотенциальпого усилителя-инвертора 7, также подсоединенного к нулевому выходу триггера 6. Этот же потенциальный выход 5 подсоединен к нулевому входу триггера 9, а также к единичным выходам триггеров 10 и // (см. фиг. 2). Единичный вход триггера 9 через дифференцирующую RC-цепочку соединен с выходом одновибратор;; задержки 12, на вход которого также через RC-дифференциатор подключен нулевой выход 13 триггера П.

Единичный выход триггера 9 соединен с потенциальным входом ключа 14, импульсный вход которого связан с выходом 15 ключа «3.

Выход ключа 14 подсоединен ко входу одновибратора 16, а выход последнего - через дифференцирующую RC-цепочку к нулевому входу триггера 5; на нулевой вход триггера 6 подключены выход ключа 4 и цепь «исходное состояние 17 с пульта управления; на единичный вход 18 - выход счетчика оборотов схемы вычисления (см. фиг. 4).

Выход схемы 19 формирования синхроимпульсов ячеек подключен ко входу ключей 20 и 21, на потенциальные входы которых подсоединены соответственно единичный и нулевой выходы триггера 22. На нулевой выход триггера 22 подключен выход усилителя-инвертора 7, на единичный - выход 15 ключа 3. Выход ключа 20 подсоединен па импульсный вход ключа 23, а на потенциальный вход -

единичный выход триггера 10. Выход ключа 23 подсоединен ко входам ключе 24, 25 и одновибратора 26; выход последнего через дифференцирующую RC-цепочку - ко входам ключей 27 и 28. На счетный вход триггера 10 подключен выход 15 ключа 3, единичный выход триггера 10 подключен на вход ключа 23, на входы схем совпадений 29, 30, 31 и через дифференцирующую RC-цепочку на счетный

вход триггера //. Нулевой выход триггера 11 подключен на входы ключей 25, 28 и схемы совпадений 29 и 30, а единичный - па ключи 24, 27 и схему совпадений 31. На один из входов схемы совпадений 29 подключен нулевой

ыход триггера 32; на пулевой вход которого через дифференцирующую RC-цепочку подключен нулевой выход триггера //. Единичный вход триггера 32 подсоедипеп цепью 33 к схеме управления режимами. На нулевой вход

триггера 34 подключен выход 2 устройства 1 и выход 35 ключа 28, на единичный - выход ключа 25. На нулевой вход триггера 36 поданы цепь 2 н выход ключа 24, на единичный - выход ключа 27. Единичные выходы триггеров 34 и 36 подключены соответственно ко входам повторителей 37 ц 38 с выходами 39 и 40. Выходы ключей 25 и 27 подаются в собирательную схему с выходом 41. На схеме представлены единичный выход 42 триггера

32, выходы 43, 44, 45 схем совпадения 29, 30,

31 соответственно, продифференцированный

едипичный выход 46 триггера // и выход 47

ключа 24.

На магнитном барабане размещены три

группы неперекрывающихся дорожек; канчдую дорожку обслуживает одна универсальная магнитная головка. Число дорожек в каждой группе одинаково и соответствует числу двоичных разрядов системы.

Запись на барабан осуществляется в параллельном коде, ноэтому достаточно рассмотреть по одной дорожке от каждой группы. Эти дорожки следующие: основная несдвигаемая дорожка, обслуживаемая головкой 48, предназначенной для песдвигаемого процесса X; основная сдвигаемая дорожка, обслуживаемая их головкой 49 - для сдвигаемого процесса У; вспомогате тьная дорожка, обслуживаемая головкой 50, предназначенная

для временного хранения процесса, записанного на сдвигаемую дорожку во время выполнения операции сдвига.

Стирающая обмотка головки 48 подсоединена к выходу усилителя стирания 51. вход которого соединен со схемой совпадеппй 29. Записывающая обмотка головки 48 соединена с выходом усилителя записи 52, на вход которого подключен выход одновибратора-формирователя 53, я вход последнего связан с выходом ключа 54. На вход ключа 54 подан выход ключа 55; этот же выход подан на вход одповибратора-формирователя 56, управляющего усилителем записи 57 головки 49. Усилитель стирания 58 головки 49 связан с выхоключа 55 соединен с выходом ключа 24. По тенциальный вход ключа 54 связан с единич ным выходом триггера 32. Потенциальные входы ключей 55 и 56 связа ны с единичным выходом триггера 60. Выход ключа 59 подсоединен ко входу одновибратора формирователя 61, унравляющего усилителем 62 вспомогательной головки 50. Вход усилите ля стирания 63 головки 50 соединен с выходом схемы 45 антисовпадений. Обмотки считывания головок 49 и 50 связаны соответственно со входами усилителей считывания 64 и 65; выходы последних подключены к единичному входу триггера 60. На ключевые входы усилителей считывания 64 и 65 подключены выходы 59 и 40 повторителей. Выход 39, повторителя, кроме того, соединен со входом усилителя 66 считывания головки 48, выход усилителя 66 - на единичный вход триггера 67. На нулевые входы триггеров 60 и 67 подсоединен выход 4/ собирательной схемы 68 (см. фиг. 2). Единичный выход триггера 11 через дифференцирующую RC-цепь и контакт реле 69 подключен на импульсный вход ключа 70 и нулевой вход триггера 60. На потенциальный вход ключа 70 подключен выход одного из разрядов регистра устройства ввода 71. Единичный выход 7:2 триггера 67 и единичный выход 73 триггера 60 связаны с арифметическим устройством. На фиг. 4 устройство показано в режиме вычисления текущей корреляционной функции. Вход счетчика циклов сдвига (триггеры 74-83) соединен с щиной 13 (см. фиг. 2). Счетчик циклов имеет первый выход через дифференцирующую RC-цепочку с нулевого выхода триггера 80 и второй с триггера 83. Первый выход подсоединен на вход усилителя 84, второй - на вход усилителя 85. Выход усилителя 84 нодсоединен к импульсному входу ключа 86, потенциальный вход которого соединен нулевым выходом триггера 87. На импульсный вход ключа 88 подключен выход усилителя 85, на потенциальный - единичный выход триггера 87. Выход ключа 88 соединен с нулевым входом триггера 87 и на вход собирательной схемы 89.Выход 33 собирательной схемы 89 подан на единичный вход триггера 32 (см. фиг. 2). На единичный вход триггера 87, а также на сброс счетчика циклов (74-83) подключен выход потенциального усилителя-инвертора 90,вход которого соединен с нулевым выходом триггера 91. На нулевой вход триггера 91 подсоединен выход ключа 92, потенциальный вход которого соединен с нулевым выходом триггера 93, а на импульсный вход 94 подключен выход ключа 4 (см. фиг. 1). Единичный выход триггера 93 через дифференцирующую RC-цепочку соединен с нулевым входом триггера 95, а на единичный вход триггера 93 также через RC-цепочку подан единичный выход триггера 91. К ну«1евому выходу триггера 95 подсоединен вход потенциального усилителя-инвертора 96. Выход усилителя 96 через контакт кнопки-переключателя «Пуск 97 связан с обоими входами триггера 98: к нулевому входу подсоединен ее нормально замкнутый контакт, к единичному - нормально разомкнутый. Нулевой выход триггера 98 через RC-цепочку связан с единичным входом триггера 97. К нулевому входу триггера 93 и единичному входу триггера 95 подсоединена шина 99, на которую через кнопку 100 «Исходное состояние подается потенциал гащения триггеров. Схема управления режимом вычисления корреляционной функции отличается от описанной только тем, что выход собирательной схемы 89 через контакт реле (на чертеже не показан) подключен к нулевому входу триггера 95. В режиме согласованной фильтрации цепь 55 разорвана. В устройстве управления циклом вычисления одной точки результирующей функции (см. фиг. 5) на импульсные входы ключей 101 и 102 по шине 94 нодсоединен выход ключа 4 (см. фиг. 1). На потенциальные входы ключей 101 и 103 подключен единичный выход триггера 104, нулевой вход которого подсоединен к выходу ключа 101. Импульсный вход ключа 103 соединен щиной 105 с выходом ключа 21 (см. фиг. 2). Нулевой вход триггера 106 шиной 107 и дифференцирующей RC-цепочкой связан с нулевым выходом триггера 98 (см. фиг. 4). Нулевой выход триггера 106 подсоединен к потенциальному входу ключа 102, а выход последнего через собирательную схему соединен со входом одновибратора 108 задержки. На второй вход собирательной схемы 109 подключен выход счетчика схемы ожидания. Выход одновибратора 108 через RC-цепь подключен на единичные входы триггеров 104 и 106. Выход ключа 101 соединен со входом счетчика 110 оборотов, через собирательную схему 111 - на вход счетчика 112 ячеек и через контакт реле 113 на выход 18 счетчика оборотов. Выход 114 ключа tl03 подключен на нулевые входы триггеров 67 и 60 (см. фиг. 3), через собирательную схему /// на вход счетчика 112 ячеек и через контакт 115 реле на собирательную схему 116. На другой вход хемы 116 подсоединен выход счетчика 112, а выход ее подсоединен к импульсным входам лючей 117 и 120, на потенциальные входы тих ключей подсоединены по щинам 75 и 72 диничные выходы триггеров 60 и 67 (см. иг. 3). Выходы 118 и 119 ключей 117 и 120 одсоединены к арифметическому устройству. ри вычислении корреляционной функции по нол :еству контакты реле 113 и 115 разомкнуы, во всех остальных режимах - замкнуты. Устройство управления циклом записи одноо числа и сдвига всей ранее записанной коовой последовательности на один такт рабоает следующим образом.

13

состояние, записывающий в него единицу; при этом на выходе усилителя-инвертора 7 появляется потенциал, устанавливающий триггеры 5, 9 и 22 в состояние «нуль, а триггеры Юн 11 в «единицу. Импульсом «пуск по шине 18 триггер 6 опрокидывается в «нуль, при этом потенциал с шины 8 снимается, а на единичный вход триггера 5 поступает импульс, опрокидывающий триггер 5 в «единицу. Из устройства 1 формирования импульсов начала отсчета на входы ключей 3 л 4 непрерывно поступают импульсы. Как только триггер 5 открывает ключ 3, первый импульс появляется на шине 15. С нриходом этого импульса начала отсчета начинается первый оборот барабана.

На первом обороте барабана импульс начала отсчета опрокидывает триггер 22 в «единицу, триггер 10 - в «нуль, а тот, в свою очередь, опрокидывает в «нуль триггер //. Триггер 22 отпирает ключ 20, на вход которого непрерывно поступают синхроимпульсы ячеек из устройства 19, а с выхода ключа 20 они поступают на вход ключа 23, закрытого триггером 10. Поскольку на оба входа схемы совпадений 3.1 подаются «нули от триггеров 10 и 11, то на ее выходе 45 устанавливается потенциал, отпираюш,ий усилитель стирания 63 вспомогательной головки, и происходит стирапие вспомогательной дорожки.

На втором обороте барабана импульс начала отсчета опрокидывает триггер 10 в «единицу, потенциал с шины 45 снимается, и стирание вспомогательной дорожки прекращается. Одновременно триггер 10 открывает ключ 23, и синхроимпульсы появляются на входах ключей 24, 25 и одновибратора 26. На выходе одновибратора 26 после дифференцирующей цени появляются импульсы, задержанные примерно па полтакта следования синхроимпульсов. Эти импульсы называются синхроимпульсами вспомогательных дорожек. Они поступают на входы ключей 27 и 28. На втором обороте барабана ключи 25 и 28 открыты триггером 11, поэтому на выходе ключа 25 появляются синхроимпульсы ячеек, на выходе ключа 28 - синхроимпульсы вспомогательных дорожек.

Первый импульс, поступая с выхода ключа 25 на вход триггера 34, записывает в пего «единицу, в результате чего на выходе повторителя 37 появляется потенциал, отпирающий усилители 66 и 64 считывания основных дорожек. Одновременно этот импульс опрокидывает триггеры 60 и 67 в «нуль. Вслед за этим головкой 49 считывается, а усилителем 64 усиливается и формируется сигнал, записанный в первой ячейке сдвигаемой дорожки. Если в первой ячейке была записана единица, то на выходе усилителя 64 появится импульс, опрокидывающий триггер 60 в «единицу, если был записан нуль, то на выходе усилителя 64 импульса нет, и триггер 60 так и остается в 1улевом состоянии. Таким образом, число, записанное в первой ячейке первым синхроим14

пульсом, переносится в триггер 60. Вслед за этим с выхода ключа 28 на нулевой вход триггера 34 поступает первый синхроимпульс вспомогательных дорожек и опрокидывает его в «нуль, запирая тем самым усилитель считывапия 64. Одновременно этот импульс поступает на вход ключа 59, закрытого или открытого в зависимости от того, в каком состоянии находится триггер 60, т. е. от того,

какое число содержалось в первой ячейке основной дорожки.

Проходя ключ 59, формирователь 61 и усилитель 62, импульс записывает первое число основной дорожки в первую ячейку вспомогательной.

Второй синхроимпульс ячеек таким же образом переносит второе число основной дорожки в триггер 60, а второй синхроимпульс вспомогательных дорол-сек переписывает его

во вторую ячейку вспомогательной дорожки и т. д., пока вся кодовая последовательность основной дорожки не будет перенесена на вспомогательную, но уже с отставанием на полтакта от сипхроимпульсов ячеек. При этом в

триггере 60 сохраняется последнее число основной дорожки.

На третьем обороте барабана происходит стирание основной дорожки и (в режиме записи) запись нового числа из устройства ввода в триггер 60.

Третий имнульс начала отсчета опрокидывает триггер 10 в «нуль, а тот, в свою очередь, опрокидывает в «единицу триггер //. При этом на оба входа 44 схемы совпадений

подаются нули, и на ее выходе ноявляется потенциал, отпирающий усилитель стирания 58 основной дорожки. Одновременно он поступает на шину 46. В режиме записи контакт 69 замкнут, импульс сбрасывает триггер 60, и через ключ 70, открытый или закрытый в зависимости от того, какое число (О или 1) подается из устройства ввода, записывает это число в триггер 60. Если контакт 69 разомкиут (режим кольцевого сдвига), то в триггере 60

сохраняется последнее число основной дорожки.

На четвертом обороте барабана четвертый импульс опрокидывает триггер 10 в «единицу, и стирание основной дорожки прекращается.

При этом отпирается ключ 23, и синхроимпульсы ячеек поступают на входы ключей 24 и 25, а синхроимпульсы вспомогательных дорожек - иа входы 27 и 28. Ключи 24 и 27 открыты триггером 11. Первым на выходе ключа 24 появляется синхроимпульс ячеек, по щине 47 он поступает на вход ключа 55, управляемого триггером 60. В триггере 60 хранится либо новое число из устройства ввода, либо последнее число основной дорожки.

Проходя ключ 55, формирователь 56 и усилитель 57, первый импульс записывает это число в первую ячейку основной дорожки. Затем с выхода ключа 27 поступает первый синхроимпульс вспомогательных дорожек; он

15

тем самым усилитель считывания вспомогательной головки 50, и сбрасывает триггер 60. Вслед за этим происходит считывание числа из первой ячейки вспомогательной дорожки и запись в триггер 60.

Второй синхроимпульс ячеек записывает число во вторую ячейку основной дорожки, второй синхроимпульс вспомогательных дорожек считает второе число, а третий синхроимпульс ячеек записывает его в третью ячейку и т. д., пока вся последовательность, записанная на вспомогательной дорожке, не будет перенесена на основную, но уже с отставанием на 1 такт, по сравнению с первым оборотом. При этом в первой ячейке основной дорожки оказывается либо новое число из устройства ввода, либо последнее (до начала данного цикла) число основной дорожки.

Управление окончанием цикла записи и сдвига происходит следующим образом.

Третий импульс начала отсчета, опрокидывая триггер //, появляется на шине 13. Проходя одновибратор задержки 12, он записывает в триггер 9 «единицу. Задержка необходима для того, чтобы ключ 14 не открылся до того, как с шины 15 исчезнет третий импульс начала отсчета.

Четвертый импульс проходит открытый ключ 14 и с небольшой задержкой (для той же цели) на одновибраторе 16 опрокидывает триггер 5 в «нуль. Триггер 5 закрывает ключ 3 и открывает ключ 4. В конце четвертого оборота приходит второй импульс начала отсчета и, проходя через ключ 4 на нулевой вход триггера 6, опрокидывает его в «нуль, и тем самым возвращает всю схему в исходное состояние.

Такая схема записи позволяет одновременно записывать новое число на барабан и сдвигать всю ранее записанную последовательность. При этом полностью отпадает необходимость в схемах адресации чисел при записи, обычно применяемых во всех запоминающих устройствах на магнитных барабанах.

Устройство управления режимом вычисления текущей корреляционной функции (фиг. 4) и остальными режимами работает следующим образом.

Нажатием кнопки 100 (исходное состояние) на шину 99 подается потенциал, устанавливающий триггеры 91 и 93 в «нуль, а 95 - в «единицу. При этом на выходах усилителей инверторов 90 и 96 появляются потенциалы, удерживающие счетчик циклов сдвига (74- 83} в сброшенном состоянии, триггер 87-в единичном, а триггер 98 - в нулевом. Нажатием кнопки 97 «пуск выходной потенциал усилителя-инвертора 96 перебрасывается иа единичный вход триггера 98, который опрокидываясь, посылает пусковой импульс по шине 107 (см. фиг. 5). При этом триггер 91 опрокидывается в «единицу, в результате чего запирающий потенциал с триггеров 74-55 и 87 снимается.

16

Между вторым и третьим оборотами барабана во время каждого цикла сдвига на вход 1.3 счетчика циклов сдвига приходит импульс начала отсчета. В режиме текущей корреляционной функции в каждом цикле сдвига на сдвигаемую дорожку записывается одно новое число из устройства ввода. До тех пор, пока сдвигаемая дорожка не заполнится, на несдвигаемую не записывается ни одно число,

так как триггер 32 (см. фиг. 2) запирает схемы совпадений 29 и ключ 54 (см. фиг. 3).

Между вторым и третьим оборотами 1024го цикла сдвига на счетчик приходит переполняющий его импульс, который с нулевого выхода триггера 83 через усилитель 85 и ключ

88опрокидывает триггер 87 в «нуль и через собирательную схему 89 по шине 33 опрокидывает триггер 32 в «единицу. В результате этого иа 1024-м цикле сдвига (см. фиг. 1, 2, 3)

происходит запись всего процесса на сдвигаемую и на несдвигаемую дорожки параллельно. В конце 1024-го цикла триггер 32 снова опрокидывается в «нуль триггером 11. Таким образом, после 1024 циклов записи

иа обеих дорожках барабана оказывается записан один и тот же процесс.

С этого момента начинается вычисление текущей корреляционной функции. Каждый очередной цикл сдвига смещает всю последовательность сдвигаемой дорожки на один такт, теряет одно (самое раннее) число и записывает новое.

В промежутках между циклами сдвига следует цикл вычисления одной точки корреляционной функции. Когда вычислено 128 точек, на 128-м цикле сдвига с триггера 80 через усилитель 84 на ключ 86 и собирательную схему

89приходит импульс, триггер 32 снова опрокидывается, и на несдвигаемую дорожку записывается тот же участок процесса, который в данный момент находится на сдвигаемой. Затем снова нарастает сдвиг и через 128 циклов повторяется перезапись сдвигаемого процесса на несдвигаемую дорожку и так далее,

пока оператор не остановит работу.

В режимах вычисления корреляционных функций по времени и множеству схема управления режимами служит для автоматического останова. В этих режимах импульс с

выхода собирательной схемы 89 через контакт (на фиг. 4 не показан) поступает на,нулевой вход триггера 93, который, опрокидываясь, открывает ключ 92; через ключ 92 на нулевой вход триггера 91 поступает импульс начала

отсчета, опрокидывает его и тем самым устанавливает схему в начальное состояние. Триггер 93, кроме того, запирает ключ (на фиг. 5 не показан), в результате чего поступление импульсов начала отсчета на вход ключа 101

прекращается, и работа останавливается.

Устройство управления циклом вычисления одной точки результирующей функции (см. фиг. 5) работает следующим образом.

17

нажатии кнопки «пуск на пулевой вход триггера 106 ио шине 107 нриходит импульс, опрокидывающий его в «нуль, триггер 106 открывает ключ W2 и первый же импульс начала отсчета, появившийся на шине 94, проходит на вход одновибратора 108 и с небольшой задержкой, несколько превышаюш.ей ширину этого импульса, появляется на единичных входах триггеров /Об и 76-. Триггер УОб опрокидывается в состояние «единица и запирает ключ J02. Триггер 104 также опрокидывается в «единицу и отпирает ключи 101 и 103. (Импульс начала отсчета, вызвавший отпирание ключа 101, пройти через этот ключ не успевает вследствие задержки на одновибраторе 108). Затем по ПJинe 105 на вход ключа 103 начинают поступать синхроимпульсы ячеек. С выхода ключа 103 по шине 114 они сбрасывают триггеры 60 и 67 (см. фиг. 3); в это время происходит считывание чисел со сдвигаемой и несдвигаемой дорожек и запись их триггерами 60 и 67 соответственно). В режимах вычисления корреляционной функции по времени, текущей и согласованной фильтрации контакты 113 и 115 замкнуты. В этом случае синхроимпульсы ячеек проходят на импульсные входы ключей 117 н 120, в то время, как на их потенциальных входах присутствуют потенциалы, соответствующие числам, находящимся в этот люмент под головками основных дорожек: на входе ключа 117 - сдвигаемая, ключа 120 - несдвигаемая. В соответствии с этим на выходах ключей 117 и 120 (шины 118 и 119} появляется последовательность импульсов, соответствующая кодам, записанным на барабане. Эти импульсы поступают в регистры множимого и множителя арифметического устройства (на схеме не показано). Таким образом, в рассматриваемых режимах в течение одного оборота барабана все числа сдвигаемой и несдвигаемой дорожек считываются подряд и попарно отправляются в арифметическое устройство, в выходном регистре которого по окончании этого оборота получается сумма парных произведений.

Для режима вычисления корреляционной функции по множеству характерно то, что все реализации записываются на барабан последовательно друг за другом, и на каждую из них отводится одинаковое число отсчетов (синхроимпульсов), так что практически барабан оказывается разбитым на некоторое число равных зон (16, 32 или 64) по числу реализаций. Это разбиение во время записи на барабан достигается соответствующим расположением реализаций перед вводом.

Цикл сдвига в режиме вычисления по множеству не отличается от цикла сдвига в режиме вычислений по времени.

Цикл вычисления одной точки корреляционной функции по множеству отличается от цикла вычисления по времени тем, что выбор пар чисел с барабана производится не подряд, а с пересчетом так, что в одном цикле из каждой реализации выбирается только один от18

счет. Пары этих отсчетов со сдвигаемой и несдвигаемой дорожек умножаются и суммируются в арифметическом устройстве. В следующем цикле происходит считывание пары соседних чисел также но одному из каждой реализации и т. д. Когда перебраны все отсчеты, производится сдвиг, и описанный процесс повторяется. Таким образом, в отличие от режима вычисления по времени между двумя

циклами сдвига производится столько циклов вычисления, сколько отсчетов в 1 реализации; столько же вычисляется точек корреляционной функции. Объем одной дорожки барабана - 1024 отсчета. В соответствии с этим, предусмотрена возможность в режиме вычисления по множеству записывать 16 реализаций по 64 отсчета, 32 реализации по 32 отсчета или 64 реализации по 16 отсчетов. Разница в схеме управления для этих трех индексов памяти заключается Б числе разрядов счетчиков НО и 112.

Рассмотрим только индекс 32x32, когда

счетчики 110 и 112 имеют по пять триггеров.

В режиме вычисления корреляционной

функции по множеству контакты 113 и 115 разомкнуты. Поэтому синхроимпульсы ячеек, поступая через собирательную схему 111 на вход счетчика 112, делятся на 32, и на выходе счетчика, находящегося сначала в обращенном состоянии, появится только 32-й синхроимпульс, что соответствует первому числу первой реализации. Следующий импульс на выходе счетчика 112 появляется еще через 32 синхроимпульса (первое число второй реализации) и т. д. Ключи 7/7 и 120 работают так же, как описано выше.

По окончании первого оборота по шине 94 через ключ 101 проходит импульс начала отсчета, который записывает число 1 в счетчики 110 и 112 и опрокидывает триггер 104 в «нуль, заперев тем самым ключи 101 и 103. В выходном регистре арифметического устройства (АУ) остается сумма 32 произведений (первая точка корреляционной функции).

После того как результат выведен из АУ на второй вход собирательной схемы 109, из схемы ожидания (на чертежах не показана) синхронно с одним из импульсов начала отсчета приходит импульс и опрокидывает триггер 104 в «единицу. Через открытый ключ 103 начинают поступать синхроимпульсы ячеек, но счетчик 112 теперь начинает считать не с нуля, а с единицы. Поэтому первый синхроимпульс, появившийся на выходе счетчика

/12, будет 31-м, т. е. с барабана считано второе число первой реализации. Далее пересчет ведется, как и прежде, па 32, и остальная работа аналогична вышеописанному. В конце второго оборота в счетчики 110 и

112 добавляется еще единица, и на следующем обороте первым появляется па выходе счетчика 112 тридцатый синхроимпульс. После тридцать второго оборота, а следовательно, н выч сления тридцати двух точек корреляционной

19

ся импульс, который поступает на единичный вход триггера 6 (см. фиг. 1) и начинает тем самым цикл сдвига. При этом ключи 4 (см. фиг. 1) и 21 (см. фиг. 2) закрываются, с шин 94 и 105 исчезают синхроимпульсы, и цикл вычисления в это время оказывается невозможным. После цикла сдвига снова повторяются 32 цикла вычисления и так далее.

Предмет изобретения

Цифровой коррелятор с запоминающим устройством на магнитном барабане, содержащий арифметическое устройство, включающее устройство умножения и суммирования, устройства ввода и вывода, а также устройство управления, отличающийся тем, что, с целью увеличения круга решаемых задач (работа з качестве согласованного фильтра, вычисления текущей корреляционной функции и корреляционной функции нестационарных процессов с усреднением по множеству реализаций) в блоке управления выход устройства формирования импульса начала отсчета подключен к импульсным входам первого и второго ключей, потенциальные входы которых подсоединены соответственно к единичному и нулевому выходам первого триггера; к его единичному входу подключены вход первого потенциального усилителя-инвертора и через дифференцирующую цепочку нулевой выход второго триггера; выход усилителя-инвертора подключен к нулевым входам первого и третьего триггеров и единичным четвертого и пятого триггеров; единичный вход третьего триггера через дифференцирующую цепочку подключен к выходу первого одновибратора, ко входу которого также через дифференцирующую цепочку подключен пулевой выход пятого триггера; единичный выход третьего триггера соединен с потенциальным входом третьего ключа, к импульсному входу которого подсоединен выход первого ключа; выход третьего ключа подключен ко входу второго одновибратора, выход которого через дифференцирующую цепочку подсоединен к нулевому входу первого триггера; к нулевому входу второго триггера подключены выход второго ключа и щина «исходное состояние, его единичный вход соединен с выходом счетчика оборотов; выход схемы формирования синхроимпульсов ячеек подключен к импульсным входам четвертого и пятого ключей, к потенциальным входам которых подключены соответственно единичный и нулевой выходы шестого триггера; к его нулевому входу подсоединен выход первого усилителя-инвертора, к единичному - выход первого ключа; выход четвертого ключа соединен с импульсным входом шестого ключа, к потенциальному входу которого подсоединен единичный выход четвертого триггера; выход шестого ключа подключен ко входам седьмого и восьмого ключей и третьего одновибратора, выход которого через дифференцирующую цепочку и усилитель подсоединен к импульсным

20

входам девятого и десятого ключей; к счетному входу четвертого триггера подключен выход первого ключа, единичный выход четвертого триггера подсоединен к потенциальному входу шестого ключа и ко входам первой, второй и третьей схем совпадения, а также через дифференцирующую цепочку к счетному входу пятого триггера, нулевой вход которого подключен к потенциальным входам девятого

и десятого ключей, к первым входам первой и второй схем совпадения, а единичный - к потенциальным входам седьмого и восьмого ключей и к первому входу третьей схемы совпадения; второй вход первой схемы совпадения подсоединен к нулевому выходу седьмого триггера, к нулевому входу которого через дифференцирующую цепочку подключен нулевой выход пятого триггера; единичный вход седьмого триггера подсоединен к выходу собирательной схемы устройства управления режимами; к нулевому входу восьмого триггера подключены через собирательную схему выход схемы формирования импульса начала отсчета и выход десятого ключа, к единичному-

выход восьмого ключа; к нулевому входу девятого триггера подсоединены выход схемы формирования импульса начала отсчета и выход седьмого ключа, к единичному - выход девятого ключа; единичные выходы восьмого

и девятого триггеров подключены соответственно ко входам первого и второго повторителей; а в запоминающем устройстве к ключевым входам усилителей считывания основных сдвигаемой и несдвигаемой дорожек подсоединен выход первого повторителя, к ключевому входу усилителя считывания.вспомогательной дорожки - выход второго повторителя; входы усилителей считывания подключены к обмоткам считывания соответствующих головок; выход каждого усилителя считывания несдвигаемой дорожки подключен к единичному входу одного из четырех триггеров несдвигаемого процесса, а выходы усилителей сдвигаемой и вспомогательной дорожек подсоединены попарно к четырем собирательным схемам, выходы которых подключены к соответствующим триггерам регистра сдвигаемого процесса по их единичным входам; к шине сброса регистров сдвигаемого и несдвигаемого процессов

подключены через собирательную схему выходы восьмого и девятого ключей; единичный выход пятого триггера через дифференцирующую цепь, усилитель и контакт реле, замкнутый в режиме «согласованный фильтр и разомкнутый только в режиме вычисления с кольцевым сдвигом, подключен к цепи сброса регистра сдвигаемого процесса и к импульсным вхо/аам четырех ключей, потенциальные входы которых подсоединены с устройством

ввода, а выходы подклЕОчены к единичным входам соответствующих триггеров регистра сдвигаемого процесса, в устройстве также содержится счетчик циклов сдвига, имеющий один вход и два выхода, вход счетцепочку к нулевому выходу пятого триггера, нулевой выход его седьмого триггера через дифференцирующую цепочку и усилитель подключен к импульсному входу одиннадцатого ключа, а нулевой выход десятого триггера через такую же цепь к импульсному входу двенадцатого ключа; выходы одиннадцатого и двенадцатого ключей через собирательную схему подсоединены к единичному входу седьмого триггера; выход одиннадцатого ключа подсоединен также к нулевому входу десятого триггера; потенциальные входы одиннадцатого и двенадцатого ключей подсоединены соответственно к единичному и нулевому пыходам десятого триггера, на единичный вход которого, а также на сброс счетчика циклов сдвига подключен выход второго потенциального усилителя-инвертора, вход которого подсоединен к нулевому выходу одиннадцатого триггера, к нулевому входу которого подключена шина «исходное состояние, а на его единичный вход подключен источник пускового импульса; выход второго ключа подсоединен к импульсным входам тринадцатого и четырнадцатого ключей, выход пятого ключа подключен ко входу пятнадцатого, на потенциальные входы тринадцатого и пятнадцатого ключей подсоединен единичный выход одиннадцатого триггера; к потенциальному входу четырнадцатого ключа присоединен нулевой выход .двенадцатого триггера, нулевой вход которого соединен с пультом; выход четырнадцатого ключа через собирательную схему, другой вход которой подключен к выходу схемы ол ;идання, подсоединен ко входу третьего одновибратора, выход которого через дифференцирующую цепочку подключен к единичным входам одиннадцатого и двенадцатого триггеров; выход тринадцатого ключа подсоединен к нулевому входу одиннадцатого триггера, ко входу счетчика оборотов и через собирательную схему - ко входу счетчика ячеек подключен также выход нятнадцатого ключа, который также через собирательную схему подсоединен к шине сброса регистров сдвигаемого и несдвигаемого процессов; выход счетчика ячеек подключен через усилитель к импульсным входам двух групп ключей, к потенциальным входам этих ключей подсоединены единичные выходы триггеров регистров сдвигаемого и несдвигаемого процессов, а выходы соединены с арифметическим устройством; выход счетчиков оборотов подключен к единичному входу второго триггера, причем счетчики ячеек и оборотов имеют равное число триггеров.

/7 Чв

Фиг. I

J3

fue.2