Коррелометр Советский патент 1979 года по МПК G06F17/15 

когда задержка между исследуемыми процессами априорно неизвестна и может находиться в пределах от очень малых величин до очень больших, во много раз превосходящих время измерения и вычисления одной ординаты функций взаимной корреляции (другими словами, в пределах во много раз превосходящих время усреднения, выбираемое исходя из точности проводимого измерения, а порой ограниченное нестационарностью исследуемых процессов). При этом все ординаты функции взаимной корреляции должны быть посчитаны за одну реализацию ввиду трудности, а чаще невозможности повторения условий акустического эксперимента. Увеличение аппаратурных затрат в рассмотренных случаях приходится на следующие узлы схемы известного коррелометра: блок задержки одного исследуемого сигнала относительно другого (в 2 это регистры сдвига), схемы перемножения мгновенных значений задержанного и незадержанного сигналов и схемы усреднения результатов перемножения. Причем количественный состав указанных узлов растет прямо пропорционально максимально требуемому времени задержки, в то время как время усреднения, как правило, не зависит от реальной задержки между исследуемыми сигналами и часто требуется значительно меньшим последнего.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение коррелометра при анализе процессов, время задержки между которыми больше интервала усреднения.

Эта цель достигается тем, что в описываемый коррелометр дополнительно введены третья и четвертая группы элементов И, группа элементов ИЛИ, группа элементов задержки, элемент НЕ, дополнительный дешифратор и второй счетчик. Вход этого счетчика соединен с выходом первого счетчика, а выход через дополнительный дешифратор - с входом элемента ПЕ и с первыми входами элементов И третьей группы, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя. Выход элемента ПЕ подсоединен к первым входам элементов И четвертой группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего регистра задержки. Выход каждого элемента И четвертой группы подключен к первому входу каждого элемента ИЛИ группы, второй вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего элемента И третьей группы. Выход каждого элемента ИЛИ группы соединен со входом соответствующего регистра задержки. Вход каждого элемента задержки группы подключен к выходу соответствующего формирователя, а выход - к входу сброса соответствующего блока усреднения.

На чертеже показана функциональная схема коррелометра.

Устройство содержит т-разрядный аналого-цифровой преобразователь 1, вход которого подключен к выходу первого источника сигнала x(t), регистры 2 задержки, т-разрядные блоки 3 умножения, блоки 4 усреднения, многовходовой элемент ИЛИ 5, счетчик 6 числа импульсов с коэффициентом деления, равным числу регистров, дешифраторы 7 состояний счетчика 6, формирователи 8 импульсов, генератор 9 тактовых импульсов, генерирующий три последовательности тактовых импульсов одной и той же частоты, сдвинутых относительно друг друга во времени, и две - первую и

вторую группы элементов И 10 и 11, каждая из которых содержит п отдельных элементов И. Каждый -тый из п блоков 3 умножения подключен первыми входами к выходу второго источника сигнала y(t), вторыми входами к выходам А-тых разрядов всех регистров 2, а выходом ко входу -того элемента И 10, управляющий вход которого подсоединен к выходу 12 генератора 9 тактовых импульсов, на котором генерируется первая последовательность тактовых импульсов. Выход й-того элемента И 10 соединен со входом /г-того блока 4 усреднения, выход которого подключен ко входу -того элемента И 11 второй группы, управляющий вход которого через jfe-тый формирователь 8 импульсов связан с выходом дешифратора 7 й-того состояния кольцевого счетчика 6. Вход последнего соединен с выходом 13 генератора 9 тактовых импульсов,

па котором генерируется вторая последовательность тактовых импульсов. Выход 14 третьей последовательности тактовых импульсов генератора подключен к тактовым входам регистров 2 и аналого-цифрового

преобразователя 1. Выходы элементов ИИ второй группы подсоединены ко входам л-входового элемента ИЛИ 5, выход которого является выходом коррелометра. Описываемый коррелометр отличается от

известного тем, что он содержит дополни;сльный счетчик 15, дешифратор 16 нулевого состояния этого счетчика, элемент НЕ 17, п элементов 18 задержки, группу двухвходовых элементов ИЛИ 19 и две группы

дополнительных элементов И 20 и 21. Каждый из них содержит по т отдельных элементов И. Вход дополнительного счетчика 15 соединен с выходом кольцевого счетчика 6. Выход дешифратора 16 нулевого состояния дополнительного счетчика 15 подключен к управляющим входам элементов И 20 третьей группы непосредственно, а к управляющим входам элементов И 21 четвертой группы - через элемент НЕ 17. Входы элементов И 20 связаны с одноименными выходами аналого-цифрового преобразователя 1, а выходы - с первыми входами двухвходовых элементов ИЛИ 19, выходы которых подключены ко входам соответствующих регистров 2. Вторые входы двухвходовых элементов ИЛИ 19 подключены к выходам одноименных элементов И 21, входы которых соединены с выходами соответствующих регистров 2. Вход установки «О -того блока усреднения 4 через й-тый элемент задержки 18 и fe-тый формирователь импульсов 8 нодключен к дешифратору 7 -того состояния кольцевого счетчика б.

Коррелометр работает следующим образом. Первый из исследуемых сигналов x(t) поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 1. В момент (в рассматриваемом примере момент времени i) подачи на его управляющий вход тактового импульса с выхода 14 генератора 9 сигнал преобразуется в соответствующее число т-разрядного двоичного кода. Это число, представленное импульсами (1-наличие, О - отсутствие импульса), подается на т регистров 2, каждый пз которых содержит г-триггеров. Регистры, как и в прототипе 2, выполняют роль цифровой линии задержки. Но в отличие от прототипа количество триггеров в каждом регистре определяется не требуемым временем задержки, а необходимым временем усреднения. С появлением каждого нового сдвигающего импульса на выходе 14 единица продвигается в соседний триггер и на выходе последнего возникает импульс. Импульсы, представляющие число в двоичном коде, которое определяется состояниями триггеров одинаковых номеров (например k во всех регистрах, поступают на блок 3 умножения того же номера (в данном примере - номера Зй). К этому блоку подводится второй исследуемый сигнал у (О- На выходе fe-того блока умножения формируется сигнал А/,, пропорциональный частному произведению Л/, x(t-kTo) y(fi)-То - период следования сдвигающих импульсов. Этот сигнал синхронно с тактовыми импульсами, вырабатываемыми на выходе 12 генератора 9, передается через fe-тый элемент 10 на fe-тый блок усреднения 4k. Тактовые импульсы, генерируемые на выходе 12 генератора 9, задержаны относительно импульсов, генерируемых на выходе 14, на интервал времени Af. В связи с этим в рассматриваемом примере сигнал AJ, поступит в -тый блок УСреднения 4fe в момент времени (fi-fAO, когда все переходные процессы, связанные с перемножениями мгновенных значений исследуемых сигналов, уже окончатся. Результат усреднения синхронно с возникновением импульсов на выходе формирователей 8 импульсов (в рассматриваемом примере k-TOTO формирователя) поступают на выход коррелометра, а синхронно с возникновением импульсов на выходе элементов задержки 18 (в рассматриваемол примере k-Tbtw элемент задержки) блоки усреднения 4 обнуляются. Импульсы на выходе формирователей 8 появляются синхронно со сменой состояния счетчика 6. Тактовые импульсы, генерируемые на выходе 13 генератора 9, поступают на вход счетчика 6 с задержкой во времени на 2Af относительно импульсов на выходе 14. Таким образом обеспечивается временная развязка момента добавления п-го результата перемножения

Л,().у(О

к содержимому ft-того блока усреднения с моментом выдачи результата усреднения на выход коррелометра.

Начало вычисления функции взаимной корреляции в описываемом коррелометре совпадает с моментом времени to, когда на выходе 13 генератора 9 генерируется первый тактовый импульс, синхронно с которым обновляются счетчики 6 и 15.

В течение времени генерации следующих п тактовых импульсов элементы И 20 оказываются открытыми, а элементы И 21 - закрытыми, так как в течение этого времени на выходе дещифратора 16 вырабатывается разрешающий потенциал, а на выходе элемента НЕ 17 - запрещающий.

Таким образом, в описываемом коррелометре в течение времени генерации первых «-тактовых импульсов происходит заполнение регистров 2 мгновенными значениями реализации x(t), количество которых равно требуемому времени усреднения.

Начиная с момента времени , состояния элементов И 20 и 21 меняются на противоположные и мгновенные значения реализации x(f, накопленные к этому моменту в регистрах 2, будут циркулировать в последних с периодом, равным «То, по цепи: регистры 2 - элементы И 21-элементы ИЛИ 19 - регистры 2.

Рассмотрим отличительные особенности работы предлагаемого коррелометра на примере -того канала. От времени (tn+kTa (когда мгновенное значение сигнала x(t), измеренное в преобразователе 1, достигнет fe-тых тпиггеоов регистров 2) До момента времени (го+ То+пТо) в -том блоке 4 усреднения накапливается сумма частных произведений вида x{t-kTo -t/(t) и в момент времени (.-nTo. когда счетчик б переходит в состояние (k) и на выходе дешифратора 7 k-того состояния счетчика б появится импульс, результат усреднения или fe-тая ордината измеряемой ФУНКЦИИ /.Т7, (feTo) ПОСТУПИТ на выход коррелометра. В момент времени (о- ГоЧ-fnTn+A I на выходе fe-того элемента задержки 18 появится импульс, синхронно с которым fe-тый блок 4 усреднения обнуляется, и в последнем начинается цикл накопления результата, пропорционального (n4-k)--row ординате измеряемой функции, знячение которой R.r,,{kTn+nT(, появится на выходе коррелометра в момент времени

f. + kT, + 2nT,.

Если емкость счетчика 15 равна N, то на выходе k-Toro элемента И 11 в момент времени

4 + kT, + пГ„, 4 + kT, + 2пГо,... 4 + kT, + (N- 1}„Т,, f, + АГо +

появляются значения измеряемой функции взаимной корреляции

(kT,, R,y (КГ о + riT, . :. R,y kT, + + (TV - 2) пГ„1, /,, Го + (Л - t )/гГ„1,

которые через элемент ИЛИ 5 поступают на выход коррелометра.

Из рассмотрения работы описанного коррелометра видно, что при его построении для измерения функции взаимной корреляции, аргумент которой может принимать значения от О до ///гГо, и требуемом времени усреднения, равном л7о, требуется триггеров в регистрах, схем умножения и схем усреднения в Л раз меньше, чем в прототипе.

Формула изобретения

Коррелометр, содержащий первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого является первым входом коррелометра, регистры задержки, выходы одноименных разрядов которых подключены ко входам соответствующих блоков умножения, дополнительные входы которых объединень и подключены ко второму входу коррелометра, выход каждого блока умножения подключен к первому входу соответствующего элемента И первой группы, выходы которых соединены с информационными входами соответствующих блоков усреднения, выходы которых подключены к первым входам элементов И второй группы, выходы которых подключены к соответствующим входам многовходового элемента ИЛИ, управляющие входы регистров и аналого-цифрового преобразователя объединены и подсоединены к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен со вторыми входами элементов И первой группы, третий выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу первого счетчика, разрядные выходы которого через соответствующие дешифраторы и формирователи соединены со вторыми входами элементов И второй группы, отличающийся тем, что, с целью упрощения коррелометра при анализе процессов, время задержки между которыми больще интервала з среднения, в коррелометр дополнительно введены третья и четвертая группы элементов И, группа элементов ИЛИ, группа-элементов задержки, элемент НЕ,

дополнительный дешифратор и второй счетчик, вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход через дополнительный дешифратор подключен ко входу элемента НЕ и к первым входам элементов И

третьей группы, вторые входы которых соединены с соответствуюшими выходами аналого-цифрового преобразователя, выход элемента НЕ подключен к первым входам элементов И четвертой группы, второй вход

каждого из которых соединен с выходом соответствующего регистра задержки, выход каждого элемента И четвертой группы подключен к первому входу каждого элемента ИЛИ группы, второй вход каждого

из которых соединен с выходом соответствующего элемента И третьей группы, выход каждого из группы элемента ИЛИ группы соединен со входом соответствующего регистра задержки, вход каждого элемента

задержки группы подключен к выходу соответствующего формирователя, а выход соединен со входом сброса соответствующего блока усреднения.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Грибанов Ю. И., Веселова Г. П., Андреев В. Н. Автоматические цифровые корреляторы. М., «Энергия, 1971, с. 148-149.

2.Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов,

М., «Энергия, 1972, с/132-134,