Двухканальный коррелометр Советский патент 1980 года по МПК G06F17/15 G06G7/19 

При детермированном квантовании

. (-, 2

И1 g/2r а Д« 12 число уровней квантования велико (т.е. нет грубого квантования) и размах сигнала большой. В общем случае погрешность квантования зависит от величины сигнала и при проектировании устройств приходится или накладывать ограничения на параметры сигнала, или вводить необходимый запас по точности для неблагоприятных ситуаций. Значит детерминировано-вероятностное квантование в обоих каналах коррелометра позволяет осуществить режим грубого квантования и избавиться от наиболее неприятной систематической погрешности. Однако добавление к сигналу вспомогательного случайного сигнала, по сравнению с детерминированным квантованием, в два раза увеличивает максимальную и усредненную погрешность, из-за чего приходится увеличивать--время измерения. Оптимальной была бы такая структура коррелометра, которая позволила бы получить несмещенные оценки мгновенных значений сигнала с погрешностями Лу и X , равными минимально возможным, т.е. д/2 и . Если ошибка квантования статистически независима от величины сигнала, то .такой коррелометр не имел бы ограничения на параметры сигнала.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в каждый канал коррелометра введены цифроаналоговый преобразователь, генератор случайных чисел и сумматор, один вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, а другие - к соответствующим выходам компараторов своего канала, выход цифроаналогового преобразователя подключен ко второму входу делителя напряжения, управляющие входцл генератора случайных чисел первого и второго каналов подключены соответственно к выходу генератора стробимпульсов и к выходу элемента задержки.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого коррелометра.

Коррелометр содержит каналы А и В предварительной обработки сигнсша, в каждом канале - блок согласования 1, источник тока 2, делитель напряжения 3, включенный между источником тока 2 и выходом цифроаналогового преобразователя 4. Блок 1 соединен с первыми входами компараторов 5, вторые входы которых соединены с отводамиделителя напряжения 3. .Величина тока источника тока 2 и величина напряжения делителя определяет величину кванта. Генератор 6 случайных чисел подключен к цифроаналоговому преобразователю 4 и входу сумматора 7, к другим входам которого подключены выходы компараторов 5. В сумматоре 7 осуществляется преобразование унитарного кода компараторов 5 в бинарный код и вычитание из оценки мгновенного значения сигнала цифрового эквивалента мгновенного значения вспомогательного случайного сигнала цифроаналогового преобразователя 4. В блоке 8 цифровой обработки, подключенном к входам сумматоров 7, перемножаются оценки мгновенных значений сигналов и результаты усредняются. Временное согласование всего устройства осуществляется генератором 9 стробимпульсов, подключенным непосредственно к управляющим входам компараторов 5 и генератора 6 случайных чисел канала А, а через элемент задержки 10 - к управляющим входам компараторов 5 и генератора б случайных чисел канала Б, к управляющему входу блока 8 цифровой обработки. Выход счетчика 11 соединен с входом управления генератора 9 стробимпульсов.

В результате добавления к сигналу вспомогательного сигнгша с равномерным распределением, последующего квантования этой аддитивной смеси и вычитания из результата квантования цифрового эквивалента вспомогательного сигнала получают несмещенную оценку мгновенного значения сигнала, погрешность которой не больше ± д/2, а дисперсия оценок не более g2/i2. Важным преимуществом является еще и то, что одномерное распределение сшибки равномерное, не зависит от сигнала, а спектр оишбки равномерный, подобный белому шуму.

В коррелометре нет явного суммирования сигнала с вспомогательным сигналом. Это выполняется косвенно сдвигом семейства опорных уровней квантования. Поэтому оценка мгновенного значения сигнгша х определяется согласно выражению х ng д - д/2 для положительных значений сигнала, или -ng + (g - х 9/ для отрицательных значений сигнала, где п - число сработавших компараторов 5. Последнее выражение можно преобразовать в виде х (ng + - д/2 Значит, в сумматорах получают код согласно выражению (ng + - д/2), имеющему знак + или -.

Работу коррелометра удобнее рассмотреть с начала измерения корреляционного момента. Под воздействием стробимпульса генератора 9 происходит стробирование компараторов 5 и фиксация результата квантования. Одновременно происходит выдача цифрового эквивалента мгновенного значения вспомогательного сигнала с генератора б случайных чисел в сумматор 7 и генерирование нового случайного числа, которое сменяет старое число на входе цифроангшогового преобразователя 4. Элемент 10 задержки задерживает строб импульс на время Г, после чего в каНале Б происходит аналогичная последовательность операций, за исключением того, что блок 8 цифровой обработки получает тактовый импульс г под воздействием которого оценки перемно-жаютсяи усредняются. Число тактовых импульсов подсчитывает накапливающий счетчик И, при переполнении которого иэмеритель ый цикл прекращается.

Введение новых элементов - сумматоров и выполнение генератора вспомогательного случайного сигнёша в виде последовательно соединенных генератора случайных чисел и цифроаналог.ового преобразователя позволяет в полной мере использовать потенциальные возможности стохастического квантования сигналов в канаша.х предварительной обработки сигналов. Статическая погрешность измерения, по сравнению с прототипом, при прочих одинаковых параметрах снижается в два райа. Введение новых элементов приводит к некоторому усложнению устройства, однако при современном уровне цифровых интегральных схем, это оправдывается, так как выгоднее повышать метрологические параметры устройства не за счет ангшоговой, а за счет дискретной части устройства. Например, оба сумматора и блок цифровой обработки можно заменить микропроцессом или выполнить на микросхемах средней степени интеграции, например, К1 55 ИПЗ. Выполнение генератора случайного сигнала в виде генератора случайных или псевдослучайных чисел с цифроаналоговым преобразователем также соответствует современным тенденциям в приборостроении, так как позволяет гарантировать стабильность и точность вероятностных характеристик сигнала. Частота смены кодов цифроаналогового преобразователя равна частоте взятия парных выборок, т.е. требования к быстродействию этого узла не очень высокие.

Основными достоинствами предложенного устройства являются повьлиение точности измерения и независимость

статистической.погрешности от параметров сигнала.

Формула изобретения

Двухканальный коррелометр, содержащий последовательно соединенные генератор стробимпульсов, элемент задержки и счетчик, выход которого подключен к управляющему входу генератора стробимпульсов, блок цифровой обработки, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки, а второй и третий входы.подключены к выходам каналов, каждый из которых содержит блок согласования, вход которого является входом коррелометра,

5 а выход подключен к первым входам компараторов, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам делителя напряжения, первый вход которого подключен к источнику тока, уп0равляющие входы компараторов первого канала соединены с выходом генератора стробимпульсов, управляющие входы компараторов второго канала соединены с выходом элемента задержки, от5личающийся тем, что, с целью повышения точности, в каждый канал коррелометра введены цифроанапоговый преобразователь, генератор случайных чисел и сумматор, один вход которого подключен к выходу генера0тора случайных чисел, а другие к соответствующим выходам компараторов своего канала, выход цифроаналогового преобразователя подключен к второму входу делителя .напряжения, уп5равляющие входы генераторов случайных чисел первого и второго кангшов подключены соответственно к выходу генератора стробимпульсов и к йыходу элемента задержки.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Жовинский В.Н., Арховский В.Ф/, Корреляционные устройства, М.,Энергия , 1974, с. 23, 199.

5

2.Авторское свидетельство СССР 515113, кл. G 06 F 15/34, 1975

,(прототип).