Адаптивный коррелометр Советский патент 1981 года по МПК G06F17/10 G06F17/15 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к специализированным средствам, предназначенным для аппаратурного анализа случайных процессов.

Известен ряд адаптивных коррелометров, осуществляющих определени корреляционной функции с адаптивным шагом по аргументу. Так, одно из таких устройств содержит квантователь, преобразователь напряжение временной интервал, регулируекий блок задержки, элементы И и ИЛИ, ключи, усреднители, коммутаторы, блоки вычитания, сравнения, формирования модуля и задания погрешности, счетчики, дешифраторы, делитель частоты и тактовый генератор L1

Статистическая погрешность определения корреляционной функции в этих устройствах зависит от величины постоянной сглаживания усреднителей, причем для достижения заданной точности постоянные сглаживания выбирают, считая, что на вход усреднителя поступают некоррелированные выборки. Необходимость априорной информации об интервале корреляции исследуемых процессов

существенно ограничивает область использования адаптивных коррелометров .

Наиболее близким к предлагаемс му является адаптивный коррелометр, содержащий преобразователи аналогкод,блок умножения, усреднитель, накопители, сумматор, преобразователь кода, генератор импульсов,блок

выделения максим ма, блок задания погрешности, блок выработки корректирующего воздействия (экстраполятор, блок определения погрешности и блок сравнения). Входы преобразователей аналог-код подключены ко входам коррелометра, а выходы ко входам блока умножения, выход которого соединен с первым входом усреднителя. Выход последнего подключен ко входу первого накопителя, а второй, вход - к первому входу блока выработки корректирующего воздействия, к выходу .первого накопителя и ко входу блока выделения максимума, выход которого связан со входом блока задания погрешностей. Второй вход блока выработки корректирующего воздействия подключен к выходу блока задания погрешностей, а

выход соединен с первым входом сум-.

матора« Второй вход сумматора подключен к выходу второго накопителя и к первому входу преобразователя .кода, а выход соединен со входом второго накопителя, Выход преобразователя кода подключен к управляю-. тему входу первого преобразователя аналог-код. 2.

Такой коррелометр обладает больши быстродействием по сравнению с другими известными устройствам за счет формирования погрешности восстановления с зоной нечувствительности. Однако и для него необходима априорная информация о величине интервала корреляции исследуемого процесса. Указанный недостаток снижает степень автоматизации процесса нахождения корреляционной функции при отсутствии указанной априорной информации и тем самым существенно ограничивает область применения подобных устройств.

Цель изобретения - автоматизация процесса определения корреляционной функции при недостатке априорной информации о частотных свойствах исследуемого процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный коррелометр, содержащий генератор импульсов, первый и второй преобразователи аналог-код, входы которых являются соответственг о первым и втopьJ t входами коррелометра, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам блока умножения, выход которого соединен с первым входом усреднителя, выход которого подключен к первому входу первого накопителя, второй вход усреднителя подключен к выходу первого накопителя, соединенному с первым входом блока коррекции аргумента корреляционной функции и со входом блока выделения максимума, выход которого подключен ко входу блока задания погрешностей, первый выход которого подключен ко второму входу блока коррекции аргумента корреляционной функции, выход КОТО5РОГО подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго накопителя, соединенным с первым входом преобразователя кода в последовательность импульсов, а выход сумматора подключен к первому входу вто:рого накопителя,выход преобразовател :кода в последовательность импульсов подключен к управляющему входу первого преобраэователя аналогкод, введены блок вычитания,второй усреднитель, блок сравнения, регулируемый делитель частоты, два ключа, триггер, счетчик адреса и регистр, первый вход блока вычитания подключен к .выходу блока умножения, второй вход соединен с выходом блока вьоделения максимума и с первым

входом регистра, а выход подключен к первому вкоцу второго усреднителя, второй вход которого соединен с выходом регистра, выход усреднителя подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен со вторым выхрдом блока задания погрешностей, а выход блока сравнения подключен к первому входу регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов и с первым входом первого ключа, выход регулируемого делителя частоты подключен -к первым входам второго ключа и тригтера, вторые входы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера, выход второго ключа подключен к управляощемь входу второго преобразователя аналог-код, а выход первого ключа - ко второму входу преобразователя кода в последовательность импульсов, выход которого соединен с входом счетчика адреса, первый выход счетчика адреса соединен с вторым входом триггера, а второй выход подключен к адресным входам накопителей и к второму входу регистра.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого адаптивного коррелометра.

Адаптивный коррелометр содержит преобразователи аналог-код 1 и 2, блок 3 умножения, усреднители 4 и 5, накопители б и 7, блок 8 выделения максимума, блок 9 задания погрешностей, блок 10 коррекции,сумматор 11, преобразователь 12 кода в последовательность импульсов, генератор 13 импульсов, регулируемый делитель 14 частоты, ключи 15 и 16, блок 17 вычитания, блок 18 сравнения счетчик 19 адреса, регистр 20 и триггер 21. Информационные входы преобразователей 1 и 2 подключены ко входам коррелометра, а выходы - ко входам блока 3 умножения. Выход последнего соединен с первыми входами усреднител.ч 4 и блока 17 вычитания. Второй вход усреднителя 4 подключен к выходу Н;:копителя б, к входу блока 8 выделеиич максим:ма и к первому входу блок.1 10 выработки корректирующего воздекстви,. Выход усреднителя 4 соединен со входом накопителя б. Выход блока 8 вьщеления максимума поключен к входу блока 9 задания погрешностей , к первому входу регистра 20 и к второму входу блока 17 вычитания. Первый выход блока 9 задания погрешностей соединен со вторым входом блока 10 выработки корректирующего воздействия, а второй выход с вторым входом блока 18 сравнения с -Яервый вход сумматора 11 подключен к выходу блока 10 выработки корректирующего воздействия, второй вход

к выходу накопителя 7 и к первому входу преобразователя 12 кода, а выход - ко входу накопителя 7. Второй вход преобразователя 12 кода соединен с выходом ключа 16, а выход - с входом счетчика 19 адреса и с управлякхцим входом преобразователя аналог-код 1, Первый вход (Регулируемого 14 делителя частоты подключен к выходу блока 18 сравнения, второй вход - к выходу генератора 13 импульсов и к первому входу ключа 16, а выход - к первым входам ключа 15 и триггера 21, Второй вход ключа 15 соединен с вторым выходом триггера 21, а выход - с управляющим входом преобразователя аналог-код 2. Первый вход усреднителя 5 подключен к выходу блока 17 вычитания, второй вход - к выход регистра 20, а выход - к первому входу блока 18 сравнения. Первый выход счетчика 19 адреса соединен с вторым входом триггера 21, а второй выход - с адресными входами накопителей б и 7 и с вторым входом регистра 20. Первый выход триггера 21 подключен к второму входу ключа 16.

Адаптивный коррелометр работает следующим образом.

Выборочные значения исследуемых процессов после перемножения в блоке 3 усредняются на усреднителе 4 и запоминаются в накопителе б. Максимальное значение текущей оценки корреляционной функции, определяемое в блоке 8 выделения, поступает в блок 9 Зсщания погрешностей, в котором по Зсщанной относительной погрешности восстановления формируется ее абсолютное значение. В блоке 10 выработки корректирующего воздействия осуществляется определение действительной погрешности восстановления, ее сравнение с заданной величиной и по результатам сравнения выработка корректирующего воздействия. Этот блок может быт выполнен известными способами. Напрмер, он может содержать экстраполятор, блоки определения погрешности и.сравнения или блоки вычитания и сравнения, накапливающий сумматор и умножитель. В кольце, образованно накопителем 7 и сумматором 11,осуществляется хранение и корректировк аргумента ординат оценки корреляционой функции. Преобразователь 12 код осуществляет преобразование параллельного кода аргумента (задержки) в последовательность импульх:ов,на.пример, приращение кода аргумента между двумя соседними ординатами пробразуется во временной интервал между двумя соседними импульсами запуска преобразователя аналог-код 1. Таким образом, адаптивная корректировка аргумента осуществляется, .

как в известном коррелометре. В блоке 17 вычитания образуются разности между выделенным максимумом корреляционной функц -- и выходным сигналом блока 3 умножения.

В усреднителе 5 осуществляется (Усреднение образованных разностей. Причем регистр 20 разрешает это усреднение только тогда, когда на входе усреднителя 5 находится разность между выделенным максимумом ь

сигналом,подлежащим усреднению в усреднителе 4 и хранению в ячейке накопителя 6, в которой находится выделенный максимум. Указанные операции поясняются выражением (для случая автокорреляционной функции)

.(Г),

где - выход усреднителя 57

М - .символ операции математического ожидания. При использовании конкретного усреднителя, нaпpи fep реализующего дискретное экспоненциальное сглаживание , выбранной величине постоянной сглаживания соответствует определенное значение статистической погрешности д при условии, что усредняемая последовательность некоррелирована. В предлагаемом устройстве это обстоятельство используется следующим образом. В блоке 1. сравнения

определяется знак разности между

заданной погрешностью усреднения cTj (в блоке 9 задания погрешностей) и действительной (5д. В случае, если fА 3 вырабатывается сигнал коррекции частоты выборки преобразователя аналог-код 2. Период выборки увеличивается до достижения з&данной точности, т.е. до момента

.ъВвиду того, что в предлагаемом

устройстве используется адаптация по двум критериям (погрешность усреднения и погрешность восстановления корреляционной функции),ока зывается необходИ1«лм координировать

совместную работу устройств, участвующих в адаптивной коррекции аргумента и в адаптивной коррекции шага выборки. Для этого триггер 21 открывает попеременно ключи 15 и 16, причем в начальный момент ключ

15 открыт,а ключ 16 закрыт, первый импульс с регулируемого делителя 14 частоты запускает преобразователь гнсшог-код 2, затем опрокидывает триггер 21 разрешая преобразование кода на преобразователе 12. После преобразования кода аргумента в последние координаты счетчик 19 адреса переводит триггер 21 в исходное состояние. Таким образом, следующий запуск преобразователя аналог-код 2 произойдет не раньше обработки всех ординат корреля1 ионной функции. Коррелометр работает циклически, причем конец его работы можно фиксировать по отсутствию корректирующих воздействий на выходах блока 10выработки корректирующего воздействия и блока 18 сравнения. Адаптивная коррекция аргумента позволяет определять коррелядионную функцию с заданной погрешностью восстановления, а адаптивный выбор шага дискретизации преобразователя аналог-код, осуществляя декорреляцию выборки, обеспечивает определение ординат корреляционной функ ции с заданной погрешностью. Благодаря этому обеспечивается высокая степень автоматизации работы коррелометра в условиях априорной неопределенности относительно частотных свойств исследуемых процессов. Введение дополнительных элементо позволяет повысить точность работы при Х меньшении объема необходимой априорной информации об исследуемых процессах. Формула изобретения Адаптивный коррелометр, содержащ rjeHspaTOp импульсов, первый и второ преобразователи аналог-код, входы которых являются соответственно пер вым и вторым входами коррелопдатра, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам блока умножения, выход которого соединен с первым входом усреднителя, выход которого подключен к первому аходу первого накопителя, второй вход усреднителя подключен к выходу перв го накопителя, соединенному с первы входом блока коррекции аргумента корреляционной функции и со входом блока выделения максимума, выход которого подключен ко входу блока з дания погрешностей, первый выход которого подключен ко второму входу блока коррекции аргумента корреляционной функции, выход которого под ключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго накопителя,соединенным с первым входом преобразователя кода в последовательность импульсов,, а выход сумматора подключен К первому входу второго накопителя, выход преобразователя кода в последовательность импульсов подключен к управляющему входу первого преобразователя аналог-код, отличающийся тем, что, с целью повышения точности вычисления корреляционной функции при недостатке априорной информации, в коррелятор введены блок вычитания, второй усреднитель, блок сравнения, рагулируелый делитель частоты, два ключа,триггер/ счетчик адреса и регистр, первый вход блока вычитания подключен к выходу блока умножения, второй вход соединен с выходом блока вьаделения максимума и с первым входом регистра, а выход подключен к первому входу второго усреднителя, второй вход которого соединен с выходом регистра, выход усреднителя подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен со вторым выходом блока задания погрешностей, а .выход блока сравнения подключен к первому входу регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсоэ и с первым входом первого ключа, выход регулируемого делителя частоты подключен к первым входам второгно ключа и триггера, вторые входы первого и второго ключей соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера, выход второго ключа подключен к yпpaвлякш elv1y входу второго преобразователя аналог-код, а выход первого ключа - ко второму входу преобразователя кода в последовательность импульсов, выход которого соединен с входом счетчика адреса, первый выход которого соединен с вторым входом триггера, а второй выход подключен к адресным входам накопиталей и второму входу регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 562836, кл. G 06 F 15/34. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2501736/18-24, 2 G 06 F 15/34, 1977 (прототип).