Многоканальный релейный корреля-TOP чАСТОТНО-МОдулиРОВАННыХ иМпульС-НыХ СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для определения релейных взаимно- и автокорреляционных функций случайных процес- сов, представленных частотно-модулированными сигналами. Известно устройство для вычисления релейных корреляционных функций случс1йных процессов, представленных частотно-модулированными сигналами, содержащее счетчик малой емкости,,, генератор импульсов, сдвиговый регистр, реверсивные счетчики . Это устройство не позволяет получить пер вую точку корреляционной функции, так как информация о знайте и величине частотного сигнала поступает на вход первого реверсивного счетчика соСДВИГОМ на шаг задержки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является коррелятор,имеющий счетчики с входными логическими элементами И, генератор импульсов, регистр сдвига, интег рирующие счетчики 2j. В этом корреляторе оценка релейной корреляционной функции вычисляет ся по числу импульсов чacтoтнo- ж5дyлированного сигнала j на временном интервале величина которого равна интервашу дискретности аргумента функции корреляции, по знаку числа импульсов на равновеликом с первым временным интервалом.Эта оценка оказывается смещенной. Смещение можно представить как сумму двух составляющих. Первая определяется эффектом фильтрации и зависит от соотношения величин интервалов счета и интервала корреляции случайного процесса. Вторая составляющая определяется эффектом квантования при счете импульсов и зависит от соотношения величин интервалов счета и минимального периода частотно-модулированного сигнала. При фиксированных параметрах частотного модулятора и случайного процесса на его входе, уменьшение величины интервалов счета приводит к уменьшению первой составляющей смещения и к увеличению второй. Это обстоятельство ограничивает быстродействие коррелятора, поскольку повышения его быстродействия можно достичь уменьшением величины интервалов счета, поэтому препятствует росту второй составляющей смещения. Кроме того, известные релейные корреляторы приспособлены к обработке лишь однополярных частотно модулированных сигналов. Цель изобретения - повышение быст родействия релейного коррелятора, вы .числяквдего релейные корреляционные функции случайных процессов по двухполярным частотно-модулированным сиг налам. Поставленная цель достигается тем что в многоканальный релейный коррелятор частотно-модулированных импуль сных сигналов, содержащий два блока задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых являются пер вым входом коррелятора, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выход которого соединен со входом триггера, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, выходы каждой ячейки которого соединены соответственно с первыми входами перво го и второго, третьего и четвертого ключей каждого канала, выходы первого и третьего ключей в каждом канале соединены соответственно с перBbDv) и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первьм входом накапливающего реверси вного счетчика своего канала, второй вход которого подключен к выходу вто рого элемента ИЛИ, входы которого со единены соответственно с выходами второго и четвертого ключей своего канала, .вторые входы первого и четвертого ключей каждого канала соединены с выходом первого блока задержки, выход второго блока згщержки подключен ко вторым входам второго и тр тьего ключей всех каналов, входы пер.вого и второго блоков задержки соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя, первый и второй входы которого являются вторым входом коррелятора, третий и четвертый входы переключателя объединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно и являются первым входом коррелятора, установочные входы реверсивного счетчика, триггера и управляющие входы регистра сдвига соединены с выходом генератора импульсов, введен ждущий мультивибратор, вход которого подключен- к выходу генератора импульсов, а выход соединен со вторыми входами первого и второго элементов И. I Повышение быстродействия в устройстве достигнуто благодаря использованию неодинаковых интервалов счета импульсов для определения знака и для получения второго сомножителя, а также благодаря использованию двухполярных частотно-модулированных сигналов. На фиг. 1 изображена блок-схема релейного коррелятораj на фиг. 2 оценка зкрпоненциальной функции автокорреляции, вычисленная при одинаковых интервалах счета и результаты моделирования на фиг. 3 - то же, при неодИНаковых интервалах счета и результаты моделирования. Релейный коррелятор содержит реверсивный счетчик 1 с триггером 2 знака и входными логическими элементами И 3, ячейки 4 регистра сдвига , логические элементы И 5, логические элементы И 6, интегрирукяцие реверсивные счетчики 7, двухлинейные блоки задержки, генератор 9 импульсов, ждущий мультивибратор 10, переключатель 11. На входы реверсивного счетчика 1 через логические элементы И 3 подается двухполярный частотно-модулированный сигнал. Реверсивный счетчик 1 производит счет импульсов на интервале, величина которого определяется длительностью импульса ждущего мультивибратора 10, а в триггере знака регистрируется знак полученного числа. Этот знак записывается в первую ячейку регистра 4 сдвига импульсом генератора 9, после чего этим же им- пульсом осуществляется сброс реверсивного счетчика 1 и триггера 2 знака. При вычислении автокорреляционной функции переключатель 11 устанавливается в верхнее положение и на вход блока 8 задержки, обе линии которого имеют одинаковое время задержки, подается этот же двухполярный час тотно-модулированный сигнал. При вычислении взаимнокорреляционной функции переключатель 11 устанавливается в нижнее положение и на вход блока 8 задержки подается второй двухполярный частотно-модулированный сигнал. Блок 8 задержки позволяет получить первую точку корреляционной функции, так как информация о знаке и величине частотного сигнала поступает на вход первого реверсивного счетчика 7 без сдвига. С помощью логических элементов И 5 и ИЛИ 6 осуществляется перемножение знака числа импульсов, накопленных реверсивным счетчиком 1, на число импульсов в течение интервала задержки равного периоду последовательности импульсов с выхода генератора 9. При этом вычисление произведения сводится к подключению выхода блока 8 задержки к шине сложения или вычитания реверсивных счетчиков 7 с помощью логических элементов И 5 и ИЛИ б в зависимости от знака, записанного в соответствующей ячейке 4 сдвигового регистра, на время, равное периоду импульсной последовательности генератора 9. Импульсы, соответствующие положительному произведению, подаются на шину сложения интегрирующих реверсивных счетчиков 7, а отрицательному произведению - на шину вычитания. Величина смещения оценки корреляционной функции, возникающая вследст вие квантования, зависит от соотношения величин интервалов счета. Следует отметить, что характер зависимости смещения от интервала, задержки сохраняется и для процессов, имеющих отлич ное от нуля математическое ожидание, а также для процессов, имеющих закон распределения, отличный от нормального. Для уменьшения величины смещения знак определяется по числу импульсов на меньшем интервале, использование неодинаковых интервалов счета позволяет получить почти несмещенные вслед ствие эффекта квантования значения первой ординаты функции корреляции даже при очень глубоком квантовании. Первая причина повышения быстродействия - уменьшение величины одного из интервалов счета даже при сохранении величины второго интервала такой же, как и в случае одинаковых интервалов счета приводит к повышению быстродей ствия; вторая - применение неодинако вых интервалов счета позволяет умень шить длину наибольшего из них по сра нению со случаем одинаковых интервалов счета. Применение ждущего мультивибратора, включенного между выходом генератора импульсов и вторыми входами логических элементов И реверсивного счетчика, стало возможным благодаря выявленной зависимости величины смещения вследствие эффекта квантования при счете импульсов от соотношения между величинами интервалов счета. Использование двухполярных частот но-модулированных сигналов позволяет достичь большего быстродействия по сравнению со случаем использования однополярных частотно-модулированных сигналов. Это объясняется тем, что при одинаковых минимальных периодах указанных частотно-модулированных сигналов для получения одинакового смещения вследствие квантования для однополярных сигналов требуется выбирать более длинные интервалы счета, что приводит к увеличению смещения вследствие эффекта фильтрации На фиг. 2 и фиг. 3 сплошной линией d представлены расчетные значения оценки экспоненциальной функции авто корреляции (кривые С1 ) при единичной дисперсии. При этом минимальный период частотно-модулированного сигнала, соответствующего трехсигнальному значению входного сигнала, равен ,,. Аргументом является показатель экспо ненты. Фиг. 2 соответствует случаю вычисления оценки при одинаковых интервалах счета и отражает свойства известного коррелятора. Фиг. 3 соответствует случаю вычисления оценки при неодинаковых интервалах счета: Ч 3ton Знак определяется по числу импульсов на. интервале 1ц.. Указанные интервгшы счета позволяют получить для обоих случаев примерно одинаковые смещения оценок вследствие эффекта фильтрации. Как видно, из графиков, смещение оценки первой точки функции корреляции вследствие эффекта квантования при счете импульсов для случая неодинаковых интервалов счета значительно меньше, чем )пя случая одинаковых интервалов счета. Для получения равновеликого сме щения оценки во втором.случае необходимо Б несколько раз увеличить интервалы счета, что приведет к снижению быстродействия по сравнению со случаем неодинаковых интервалов счета, поскольку при увеличении интервалов счета смещение вследствие эффекта фильтрации возрастет в несколько раз. Точки на графиках представляют собой результаты моделирования указанных алгоритмов на ЦВМ, Оценки вычислялись по 2000 реализаций. Из графиков на фиг. 2 и фиг. 3 (кривые Г ) можно видеть, что оценка расположена ниже истинного значения функции корреляции. Степень отклонения учитывается коэффициентом пропорциональности, который зависит от закона распределения исследуемого сигнала и величины относительного шага квантования при счете импульсов для определения знака. При значительном числе уровней квантования влиянием эффекта квантования на этот коэффициент можно пренебречь, а при глубоком квантовании его можно, рассчитать. , Пунктиром на фиг. 2 и фиг. 3 оба значена оценка, экспоненциальной функции автокорреляции без учета смещения вследствие квантования по уровню. Применение разработанного описанного коррелятора в аппаратуре для статистических исследований при летних испытаниях, а также в информационноизмерительных системах с частотноимпульсным представлением информации позврлит расширить частотный диапазон исследуекых сигналов-и повысить точность измерений. Формула изобретения Многоканальный релейный коррелятор частотно-модулированных импульсных сигналов, содержащий два блока задержки, первый и второй элементы И, первые входы которых являются первым входом-коррелятора, а выходы соединены соответственно с.первым и вторые реверсивного счетчика, выход которого соединен со входом триггера, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, шлходы каждой ячейки которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго третьего и четвертого ключей кажцого канала, выходы первого и третьего ключей в канале соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом накапливгиоцего реверсивного счетчика своего канала, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ входы которого соединены соответствен но с выходами второго и четвертого ключей своего канала, вторые входы первого и четвертого ключей каждого канала соединены с выходом первого блока задержки, выход второго блока задержки псщключе ко вторым входам второго и третьего ключей всех каналов, входы первого и второго блоков задержки соединены соответственно с первым и вторым выходами переключателя, первый и второй входы которого являются вторым входом коррелятора, третий и чет;вертый входы переключателя объединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно, установочные входы реверсивного счетчика, триггера и управляющие входы ячеек регистра сдвига, соединены с выходом генератора импульсов, отличающий ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен ждущий мультивибратор, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен со вторыми входами первого и второго элементов И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 306479, кл. G 06 F 15/34, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР 374610, кл, G 06 F 15/36, 1971.