Цифровой коррелометр Советский патент 1980 года по МПК G06F17/10 G06F17/15 

1

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления, обработки измерительной информации, технического контроля, технической диагностики и т.д.

Известны многоканальные цифровые коррелометры, которые для определения корреляционной функции (КФ) используют некоррелированную выборку.

Известен коррелометр, содержащий блок умножения, блок памяти, аналого-цифровые преобразователи 1.

Недостатком устройства является погрешность синхронности при обработке процессов с периодическими составляющими.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелометр, содержащий аналого-цифровые преобразователи, регистры сомножителей, блок памяти и обработки, состоящий из матричной схемы умножения, сумматора произведений, запоминающего устройства, блок синхронизации 2 .

Известные устройства используют некоррелированную выборку с постоянным шаге (интервалом), причем значение шага задержки выбирают равным длительности цикла вычислений. Некоррелированная выборка с постоянным шагом обладает существенным недостатком при обработке процессов с периодическими составляющими. В случае, если частота периодической составляющей кратна частоте выборки, то возникает значительная погрешtoность , которую называют погрешностью синхронности. Эта погрешность не уменьшается с увеличением объема выборки (как это имеет место для статистической составляющей погрешности) и зависит от фазы между гармо15нической составляющей и моментами выборок.

Возникновение погрешности синхронности состоит в том, что амплитудночастотная характеристика (АЧХ) дис-„20кретного фильтра известных gcoppenoj метров имеет набор боковых полос прозрачности на -частотах, кратных частоте выборки, тогда как аналоговый фильтр (идеальное приближение

25 дискретного фильтра) имеет одну полосу вблизи нулевой частоты. Погрешность ринхронности максимальна, если в спектре частот обрабатываемого сигнала имеются частоты, попаданвдие на

30

боковые полосы прозрачности АЧХ дискретного фильтра (фиг.1).

Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения погрешности синхронности путем организации выборки по случайному закону, задаваемому рпределенным образом.

Поставленная цель достигается тем что в цифровой коррелометр, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы которых йвляются входами коррелометра, с управляющими входами первого и второго регистров сомножителей и блока умножения, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго регистров сомножителей, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго аналого-цифровых преобразователей , выход блока умножения соединен со входом блока накопления, дополнительно введены триггер, первый и второй элементы И. и генератор псевдослучайных интервалов,вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к первому входу триггера, .второй вход которого соединен с шестым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу первого элемента И, первые входы элементов И соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а вторые - подключены соответственно к первому и второму выходам триггера.

На фиг.1 изображено накопление боковых полос прозрачности АЧХ дискретного фильтра до введения случайного интервалавыборки; на фиг.2 алгоритм КФ с некоррелированной выборкой до введения случайного интервала; на фиг.З - то же, после введения случайного интервала; на фиг.4 - устранение боковых полос прозрачности при введении случайного интервала; на фиг.5 - блок-схема предлагаемого коррелометра.

Информационные входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 1 и 2 соединены с исследуемыми процессами выходы АЦП 1 и 2 соединены соответственно со вторыми входами регистров 3 и 4 сомножителей, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим входами блока 5 умножения. Соответствующие выходы блока 6 синхронизации соединены со входами АЦП 1 и 2, регистров 3 и 4 сомножителей и блока 5 умножения. Генератор 7 тактовых импульсов (ГТИ) соединен с первыми входами элементов И 8 и 9, выход первого элемента и 8 соединен с входом блока 6 . синхрониз.ации, выход второго элемента И 9 соединен с входом генератора 10 псевдослучайных интервалов, выход которого соединенсо вторым

входом триггера 11, прямой и инверсный выход которого соединены соответственно со вторыми входами второго и первого элементов И, первый вход триггера 11 соединен с шестым

выходом блока 6 синхронизации. Выход блока 5 умножения соединен со входом блока 12 накопления.

В предлагаемое устройство, использугацее для определения КФ алгоритм с некоррелированной выборкой (фиг.2),

по окончании каждого цикла до наступления следующего цикла вводится некоторый случайный интервал (фиг.З), при этом моменты выборок задаются по закону

Vu.t +€ 1),

(1)

где &t - постоянная составляющая ингерзала выборки, равная

длительности цикла вычислеНИИ;

V- случайная составляющая интервала выборки, представляющая собой случайную величину, равномерно распределенную в некотором интервале c,

) - текущий цикл накопления. Анализ статистических, свойств дискретного фильтра, использующего случайную выборку по закону (1), показывает, что АЧХ дискретного фильтра имеет вид, показанный на фиг.4. Коэффициент передачи на боковых полосах прозрачности уменьшается с увеличением объема выборки N и может быть уменьшен до допустимой величины.

Оптш 1альной величиной At является At ut, дискретность равна

шагу задержки КФ.лС, т.е. л1 где ск - случайная величина, равномерно распределенная в диапазоне 0,1,2, ... , д /дТПорядок работы предлагаемого коррелометра циклический. В начале каждого, цикла вычислений триггер 11 находится в состоянии О, на второй вход элемента И 8 подано Разрешение, на второй вход элемента И 9 подан Запрет. В течение цикла вычислений тактовые импульсы с ГТИ 7 поступают через элемент И 8 в блок б синхронизации. По командам с блока 6 в первый такт цикла запускаются АЦП 1 и 2, в регистры 3 и

4 поступают отсчеты входных сигналов X(t) , - Itv ; эти отсчеты вводятся в блок памяти и обработки, где получается произведение П-о X(tv)-(to) , Которое добавляется к

сумме Vnt(o) (произведений с нулевым сдвигом) , полученной в (-0-1) предыдущих циклах вычислений, получается новая сумма, которая запоминается. В течение остальных тактов цйкЛа в соответствии с алгоритмом некоррелированной выборки запускаются АЦП 1 и 2 и получается набор произведений Пт) (kut) ; , 2, . .. (m-1 Эти произведения добавляются к суммам с соответствующими временными сдвигами (kut) , полученным в предыдущих -ЦИК л ах вычислений, и получаются новые суммы g, ne(ku.(J) . В течение цикла вычислений счетчик та тов блока б синхронизации подсчитывает число тактов. По окончании цик ла вычислений командой Конец цикла с шестого выхода блока синхронизации триггер 11 устанавливается в , на второй вход элемента И В подается Запрет, на второй вход элемента И 9 подается Разрешение, на генератор 10 псевдослучайных интервалов начинают поступат через элемент И 9 импульсы TU лТ от ГТИ 7 и начинается формирование Л случайной составляющей интервала вы борки. По окончании случайного интервала командой Конец ПСИ с вы хода генератора 10 триггер 11 возвр на элемент И 8 пощается в О, Разрешение, на дается команда Запрет, а в генеэлемент И 9 раторе 10 устанавливается следующее значение псевдослучайного кода, который используется для формирования псевдослучайного интервала в конце следующего цикла вычислений. Далее начинается следующий (T}+i) цикл, который аналогичен рассмотрен ному -О-ому циклу и так далее. Предлагаемый коррелометр выгодно отличается от известных тем, что вв дение псевдослучайного интервала между циклами вычислений позволяет существенно уменьшить погрешность синхронности для некоррелированной выборки обрабатываемых процессов. Формула изобретения ТШфроврй коррелометр, содержащий генератор тактовых импульсов, блок синхронизации, первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с управляющими входами перрого и второго аналого-цифровых преобразователей, информационные входы 1 оторых являются входс1ми коррелометра , с управляющими входами первого и второго регистров сомножителей и блока умножения, первый и второй информационные входы которого подключегал соответственно к выходам первого и второго регистров сомножителей, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выход блока умножения соединен со входом блока накопления, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения погрешности синхронности при некоррелированной выборке, в коррелометр введены триггер, первый и второй элементы И и генератор псевдослучайных .интервалов, вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с шестым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу первого элемента И, первые входы элементов И соединены с выходом генератора тактовых импульсов ,а вторые - подключены соответственно к первому и второму выходам триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 330464, кл. G 06 G 7/52, 1971.. 2.Грибанов Ю.И. и др. Автоматические цифровые корреляторы. М., 1971, с. 173-177. Энергия

w .., - i. . V

, (., . Ч f i -

788113

- 111 II I I I