Знаковый коррелометр Советский патент 1981 года по МПК G06F17/15 

I Изобретение относится к специалй зированным средствам вычислительной техники и может быть применено при определении статистических зависимостей между различными величинами и функциями стационарных случайных про цессов в исследованиях характеристик электронных приборов и других областях науки и техники. Известен знаковый коррелометр, содержащий блоки сравнения, коммутатор блоки умножения, счетчики, генератор импульсов, триггер и делитель частоты Однако в коррелометре не предусмотрена возможность вь числений знаковой функции корреляции между знаками значений амплитуд случайного процесса и знаками приращений амплитуд или между знаками приращений амплитуд двух случайных процессов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухвходовой коррелометр, содержащий два блока сравнения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока накопления через блок равнозначности и распределения, один из управляю-.и.х оходов которого соединен с выходом генератора импульсов опроса и с управляющим входом одного из блоков сравнения,генератор случайного равновероятного сигнала,выход которого подключен к одному из входов другого блока сравнения,другой вход которого Является одним из входов коррелометра, триггер управления, блок формирования нулевой ординаты, блок переключения процессов, два элемента И и элемент ИЛИ, причем один из входов блоков равнозначности и распределения соединен через блок формирования нулевой ординаты и один из элементов И со своим другим управляющим входом управляющий выход блока равнозначности и распределения подключен к другому входу одного из элементов И,единичному входу триггера управления и через элемент ИЛИ - к управляющему входу другого блока сравнения,выход .триггера управления соединен с управляющим входом блока переключения процессов и через другой элемент И - с другим входом элемента ИЛИ,выход генератора импульсов опроса подключен к нулевому входу триггера управления и другсялу входу другого элемента И, входы блока переключения процессов подключены соответсвенно к входам коррелометра, а выход соединен с одним НЗ информационных входов одного из

локов сравнения, другой вход котоого подключен к нулевой шине 2, Описанный коррелометр может изерять автокорреляционные и взаимноорреляционные функции ме55шу знаками начений амплитуд случайных процесов. При измерении функций устройтво работает, определяя оценку маематического ожидания произведения знаков одного и второго- cyMNSH второо и вспомогательного-сигналов.

Однако при исследованиях сигналов с выходов чувствительных элементов электронных приборов,, да и в другие областях науки и техники зачастую необходимо определять корреляционные функци з между знаком значения амплитуды сигнала случайного процесса и знаком приращения его амплитуды или знаками приращений амплитуд сигналов двух случайных процессов. Это связано с тем обстоятельством, что электронные приборы реагируют обычно не только на величину мгновенного значения случайного процесса, а и на изменения его, т.е. на его приращение за отрезок .времени.

Применение известного коррелометра не позволяет вычислять подобные корреляционные функции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей коррелометра за счет получения оценок знаковых мгновенных значений исследуемых сигналов корреляционных функций при-, ращений.

Поставленная цель достигается тем, что в знаковый коррелометр, содержащий блок переключения сигналов, два блока сравнения, первый вход первого блока сравнения подключен к первому выходу блока переключения, а выход первого блока сравнения соединен с первым входом блока равнозначности, выход которого подключен к информационному входу блока, накопления, генератор импульсов , выход которого соединен с первым-входом элемента И, триггер, введены четыре запоминающие ячейки, два регистра сдвига, счетчик циклов, два коммутатора, ключ, источник постоянного напряжения, выход которого соединен со входом ключа, выход которого соединен с информационным входом первого регистра сдвига и со вторым входом элемента И, третий вход которого подключен к выходу счетчика циклов, выход элемента И соединен со входом триггера, первый выход которого подключен к управляю™ щим- входам первого и второго регистров сдвига и первой и третьей- запоминающих ячаек, второй выход триггера соединен с управляющими входами второй и четвертой запоминающих ячеек, информационные взеоды первой и второй, третьей и четвертой запоминающих ячеек попарно объединены и являются соответственно первым и

вторым входс1ми коррелятора, выходы запоминающих ячеек подключены к соответствующим входам блока переключения, второй выход которого соединен по вторым входом первого блока сравнения, третий и четвертый выходы блока переключения подключены соответственно к первому и второму входам второго блока сравнения, выхо которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами второго коммутатора , выход которого соединен со втор входом блока равнозначности, управляющий вход которого объединен со входом счетчика циклов и подключен к выходу второго коммутатора, входы которого соединены с соответствующими, выходами первого регистра, управляющий вход блока накопления сое..цииен с выходом сч-етчика циклов.

На чертеже показана структурная схема коррелометра,

Устройство содержит четыре запоминающие ячейки 1-4, блок 5 преключения,, имеющий нулевую шину, два блока б и 7 сравнения, блок.8 равнозначности (и распределения), коммутатор 9, регистр 10 сдвига, блок 11 накопления, генератор 12 импульсов, элемент И 13, счетчик 14 циклов, триггер 15, коммутатор 16, регистр 1 сдвига, ключ 18 и источник 19 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии элемент И 13 закрыт, триггер 15 находится в нулевом состоянии, т.е. на его единичном выходе установлен потенциал логического нуля (потенциал 0), а на нулевом выходе - потенциал логической единицы (потенциал 1).

Один из сигнальных входов блока 8 равнозначности (и распределения) через коммутатор 9 подключен к выходу i-ro разряда регистра 10, а управляющий вход блока 8 равнозначности и вход счетчика 14 циклов через коммутатор 16 .- к выходу i-ro разряда регистра 17,,

; Счетчик 14 циклов, блок 11 нако|пления, оба регистра 10 и 17 сдвига |установлены в начальное состояние ;(схе№л установки блоков устройства в начальное состояние на чертеже не показаны, так как входят в состав вьпиеперечисленных блоков коррелометра)

На входы Коррелометра поданы сигналы случайных процессов в зависимости от требований к виду вычисляемой в эксперименте корреляционной функции. При-начале измерений на первый вход элейента И 13 подается с помощью ключа 18 напряжение от источника 19 постоянного напряжения, 5 открывающее элемент И 13 для прохода импульсов от генератора 12 на счетны вход триггера 15. С приходом первого импульса опро са в момент времени t триггер 15 единичное соперебрасывается в единичном стояние , т.е. .на его I t 1 t f выходе появляется потенциал 1 При появлении этого потенциала, подаваемого на управляющие входы 1 и 3, в последних происходит запоминание значения амплитуды случайных про цессов в момент времени t , поданны на входы коррелометра. С приходом на счетный вход триггера 15 второго импульса опроса в момент времени (&t l}Sfg, где частота генератора импульсов, триггер 15 возвращается в нулевое состояние, т.е. на его нулевом выходе появляется потенциал J1 . При появлении этого поте циала, подаваемого на управляющие входы блоков 2 и 4, происходит запоминание в них изготовленных значений случайных процессов, поданных в момент времени t.j, на входы коррелометПосл.е этого в блоке 6 сравнения происходит сравнение значения сигнала случайного процесса x(t) или y(t) в момент времени t ,поданного на вход блока б сравнения через блок 5 переключения с выхода блока 2 либо с потенциалом нулевой шины, либо со значением сигнала.случайного процесса x(t) или y{t) в момент времени t , которые через блок 5 переклю чения поданы на другой вход блока 6 сравнения с нулевой шины с выход блока 1 памяти в зависимости от вида .вычисляемой функции корреляции. В этот момент в блоке 6 сравнения происходит вычисление значений одного из четырех типов знаковых сигналов. + -1 ПРИ Х(г) О 54,(, ПРИ X (t.) о который соответствует знаку значени амплитуды сигнала центрированного процесса x(t) в момент времени t Ч-А.--С ::Лх%Гм:;Го который соответствует.знаку амплитуд сигнала центрирований .случайного про цесса x(t) в момент времени t Wb(t)(j:2.13) который соответствует знаку приращения амплитуды сигнала случайного П оцеуса у (t) в момент времени t : r+t ПРИ PttjI- t.UXI 3l VV-i-i ПРИ )С-НЬ((Ч) .И) который соответствует знаку приращения амплитуды сигнала случайного процесса y(t) в момент времениЬд . Вычисленный в блоке 6 сравнения знаковый сигнал .подается на один из сигнальных входов блока 8 равнозначности . . J Одновременно с этим в блоке 7 сравнения происходит сравнение значения амплитуды сигнала случайного процесса x(t) в момент времени t , поданного на один из входов блока 7 сравнения через блок 5 переключения с выхода блока 4, либо с потенциалом нулевой шины, либо со значением .амплитуды сигнала случайного процесса x(t) в момент времени t., , которые через блок 5 переключения поданы на другой вход блока 7 сравнения или с выхода блока 3 в зависимости от вида вычисляемой функции корреляции. В этот момент в блоке 7 сравнения происходит вычисление значения знакового сигнала одного из двух типов , а именно о ,(V.r, ПРИ Х(Ц)о x(t)o который соответствует знаку значения амплитуды сигнала центрированного случайного процесса в момент времени SiUnZifn-r (4.b(ti) /fix Ч-1 ПРМ X(5bX(tilJ.0 который соответствует знаку приращения значения сигнала случайного процесса x(t) в момент времени t . Вычисленный знаковый сигнал с выхода блока 7 сравнения подается на сигнальный вход регистра 10 сдвига. В этот же момент времени t разрешающий потенциал со второго входа триггера 15 поступает на управляющие входы регистров 10 и 17. С приходом згтого потенциала в младший разряд регистра 10.сдвига записывается значёHrfe знакового сигнала, поданного на сигнальный, вход этого регистра с выхода блока 7 сравнэния, а в младший разряд регистра 17 сдвига записывается значение разрешающего потенциала, поданного на его сигнальный вход с выхода источйика 19 постоянного напряжения. Если выход младшего разряда регистра 10 через коммутатор 9 подключен к сигнальному входу блока 8 равнозначности, а младший разряд регистра 17 сдвига через коммутатор 16 подключен.к упрвляющему входу блока 8 равнозначности, то на его сигнальном входе в момент времени ( записи в младший разряд регистра 10 сдвига значения знакового сигнала с выхода блока 7 сравнеия, причем ,f,появляется знаение знакового сигнала, вычисляеого в момент времени ta в блоке 7 сравнения, а на управляющем входе блока равнозначности 8 в момент времени t,j + ,появится разрешающий потенциал ( время записи в младший разряд второго сдвигового регистра 17 значения разрешающего потенциала) . Для повьпиения стабильности выбрано ; t 2д однако все равно соблюдено ycлoвиeдt С приходом на управляющий вход блока 8 равнозначности разрешающего потенциала в нем происходит вычисление одного из произведений знаковых сигналов, соответствующего моменту времени типа Ч 3 %1 Ч 2(() где Z.(t ) и Z (t,j) - знаковые сигналы одного из описанных видов, получаемые в блоках 6.и 7 сравнения соответственно; - номер вида знакового сигнала, получаемого в бло 6 сравнения К 1-2--номер вида знаков го сигнала, получаемого в блоке 7 сравнения. Значение этого произведения заносится в один из счетчиков блока 11 накопления в зависимости от его знака . Одновременно с этим в счетчик числа произведенных вычислений заносит ся единица, что означает произведение вычисления значения корреляционной функции для момента времени t С приходом третьего импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени ,j + at он перебрасывается в единичное состояние, на его единичном выходе появляется потенциал единицы, который подается на управляющие входы блока 1 и 3. Этот потенциал производит запоминание в блоках 1 и 3 значений случайных процессов, поданных в момент времени t на входы коррелометра. С приходом четвертого импульса о роса на счетный вход триггера 15 в м мент времени ,, , гдей 2At , повторяются операции, соотве ствующие моменту времени t ,а в сч чик 14 цикла заносится еще . При накоплении в счетчике 14 максимально возможного или наперед задан ного,, числа на его выходе появляется сигнал, который подается на третий вход элемента И 13 и управляющий вх блока 11 накопления. Этот сигнал за прещает прохождениечерез элемент И 13 на счетный вход триггера 15 им пульсов опроса, а блок-11 накоплени при этом переводится в Е5ежнм индика ции, В результате вычислений в блок накопления за определенный промежуток времени накапливается значение нулевой ординаты определяемой корреляционной функции. В случае,когда ко второму сигнал ному входу блока 8 равнс.значности ерез коммутатор 9 подключен выход -ro разряда регистра 10 сдвига, а управляющему входу блока 8 равноначности через коммутатор 16 - выод i-ro разряда второго сдвигового егистра 17, коррелометр работает ледующим образом. С приходом-второго импульса опроа на счетный вход триггера 15 в мо.ент времени ,-i производится апись в младший разряд регистра 10 двига значения знакового сигнала, оответствующему моменту времени t , , а Е момент времени t -j- tj запись в младший разряд сдвигового регистра 17 значения разрешающего потенциала. Однако на второй сигнальный и управляющий входы блока 8 равнозначности эти сигналы не подаются, так как они через коммутаторы 9 и 16 подключены к выходам i-ых разрядов регистров 10 и 17 соответстаенно. Вычисление произведения знаковых сигналов sign Z,j(t ) и sign Z(t) для момента времени t не производится, так как управляющий вход блока В равнозначности с выхода i-ro разряда регистра 17 подан запрещающий потенциал. Счетчик l4 циклов остается в нулевом состоянии. С приходом третьего импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени t он перебрасывается в единичное состояние и на управляющие входы блоков 1 и 3 поступает разрешающий потенциал. При этом в блоках 1 и 3 запоминаются значения случайных процессов, поданных на входы коррелометра, в момент времени t, которые подаются на первый и третий входы блока 5 переключения процессов соответственно. С приходом четвертого импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени он возвращается в нулевое состояние. При этом на управляющие входы блоков 2 и 4, а также регистров 10 и 17 подается разрешающий потенциал. В это время происходит выполнение операций;а) запоминание в блоках 2 и 4 значений случайных процессов, поданных на входы коррелометра, в момент времени t-; б) сравнение в блоках 6 и 7 сравнения значений случайных процессов, поданных в момент времени t на их входы и вычисление значений сигналов Z,j (t) и Z)(t4) соответственно моменту времени t. В момент времени .g производится перенос значения знакового сигнала, соответствующего моменту времени t из младшего разряда регистра 10 сдвига во второй разряд и запись в младший разряд - значения знакового сигнала, поданного с выхода олока 7 сравнения для момента времени t 4. . В момент времени Ьд+t, проиэ зощ Z водится перенос значения разрешающего потенциала из младшего разряда регистра 17 сдвига в его второй раз и повторная запись в младший разряд значения разрешающего потенциала, п данного с выхода источника 19 посто янного напряжения. Вычисления произведения знаковых сигналов Z.(t) и Z(t) для момента времени t как и для момента вре мени 1-2. не производится , счетчик 1 остается в нулевомсостоянии. С приходом (2 i-l)-ro импульса опроса на счетный вход триггера 15 в момен времени t,, () At он перебрасывается в единичноесостояни и на управляющих входах блоков 1 и появляется разрешающий потенциал. При 9ТОМ в них запоминаются значения амплитуд сигналов случайных про цессов; поданных на входы корреломе ра, в момент времени подаваемо на соответствующие входы блока 5 пе реключения. С приходом 2 i-roимпульса опроса на счетный вход триггера 15 в момент времени t2.+4t t + i. он возвращается, в нулевое состояние. При этом появляется разрешающий потенциал на управляющих входах-блоков 2 и 4 и регистро 10 и 17. После чего в блоках 2 и 4 запоминается значение случайных процессов для момента времени t , ко торые через блок 5 переключения подаются соответственно на вторые сигнальные входы блоков 6 и 7 сравнени В блоках б и 7 сравнения происходит сравнение значений этих сигналов либо с потенциалом нулевой, либо со значениями случайных процессов для момента времени , поданных на первые входы блоков б и 7 сравнения через, блок 5 переключения либо с нулевойшины, либо с выходов блоков 1 и 3 соответственно. При этом в блоках б и 7 сравнения вычисляется значения знаковых сигналов Zjltj) Z fJ(t-) для момента времени t-jj . Знаковый сигнал 2,j(t,j.) с выхода блока 6 сравнения подается на первый сигнальный вход блока 8. равно значности, а знаковый сигнал Z,(tj) с выхода блока 7 сравнения на сигнал ный вход регистра 10. В момент време ни происходит сдвиг значения знакового сигнала, соответствующего моменту времени tj , из (i-l)го разряда регистра 10 в i-ый разряд этого регистра, значения знакового сигнала для момента времени t из (i-2)-ro разряда в (i-l) и т.д. При этом в младший разряд регистра 10 записывается значение знакового сигнала с выхода второго блока 7 оравнения, соответствующего моменту времени t-. В момент времени т,д„происходит запись в i-ый разряд регистра 17 сдвига значения разрешающего потенциала из предыдущего (i-1)го разряда, а в его младший разряд с выхода источника 19 постоянного напряжения повторная запись разрешающего Потенциала. В момент времени t.j4 ,5C выхода i-ro разряда регистра 10 сдвига значение знакового сигнала для момента времени подается через коммутатор 9 на другой сигнальный вход блока 8 равнозначности, в момент времени его уп,равляющий вход поступает разрешающий потенциал с выхода i-ro разряда второго регистра 17 сдвига. С приходом этого потенциала в блоке 8 равнозначности производится вычисление произведения знаковых сигналов, равного i(t2-)-2K(t-)l.i(V2iAt).2,(t.) Поскольку время задержки С: постоянно и равно С 2дъ,то на одном из выходов блока 8 равнозначности появляется сигнал, соответствующий знаку произведения знаковых сигналов Z(t- Zj( + i Т) . Значение этого произведена заносится в зависимости от его знака в соответствующий счетчик блока 11 накопления. Одновременно с этим значение счетчика 14 циклов увеличивается на единицу . С приходом (2i-H)-ro и 2(1+1)-го импульсов опроса в момент времени 2(i+-f) tjanj блоке 8 равнозначности определяется значение произведения сигналов Z|t(t4) и Z j Tt-jf -- -,) (i+DT , отстоящих друг от друга, как и два предыдущих, на время i Т. Значения произведения заносится в соответствующий счетчик блока 11 накопления, а в счетчик 14 циклов вычислений заносится еще одна единица. Таким образом цикл повторяется. В тот момент,когда в счетчике 14 циклов накоплено максимально возможное или наперед заданное число, определяющее время вычислений i-ой ординаты корреляционной функции,, на его выходе появляется потенциал, запрещающий прохождение через элемент И 13 импульсов опроса и переводящий блок 11 накопления в режим вывода на индикацию результатов измерений i-ой ординаты корреляционной . функции. Результатом полного цикла измерений является требуемое число ординат кореляционной функции, полученных за одинаковые промежутки времени. Использование новых элементов апоминающих ячеек, регистров, сдвига, коммутаторов, счетчика циклов, ключа и источника постоянного наряжеиия, а.также предлагаемая ор-анизация связей, отличает предлагамый коррелометр от известного. При ростоте конструкции функциональные озможности коррелометра расширены. что дает возможность исследовать корреляционные зависимости не только амплнтуд сигналов, но и приращений их амплитуд, что особенно важно при исследованиях сигналов с выходов электронных приборов при изучении воздействия на них внешних условий. Кроме этого, при определении корреляционных функций приращений амплитуд сигналЬв случайных процессов снимается требование к их цен трированию, что важно при использовании знаковых коррелометров. Формула изобретения Знаковый коррелометр, содержащий блок переключения сигналов, два блока сравнения, первый вход первого блока сравнения подключен к первому выходу первЪго коммут-атора, а выход первого блока сравнения соединен с первым входом блока равнозначности, выход которого подключен к информационному входу блока накопления, генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И триггер, отличающийся тем что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения оценок знаковых корреляционных функций приращений мгновенных значе ний исследуемых сигналов, в коррело метр введены четыре запоминающие ячейки, два регистра сдвига, счетчи циклов, второй и третий коммутаторы ключ, источник постоянного напряжения, выход которого соединен со вхо дом ключа, выход которого соединен с информационным входом первого рег стра сдвига и со вторым входом элемента И, третий вход которого подключен к выходу счетчика циклов, выход элемента И соединен со входом триггера, первый выход которого подключен к управляЪщим входам первого и второго регистра сдвига и первой и третьей запоминающих ячеек, второй выход триггера соединен с управляющими входами второй и четвертой запоминающих ячеек, информационные входы первой и второй, третьей и четвертой запоминающих ячеек попарно объединены и являются соответственно первым и вторым входами коррелометра, выходы запоминающих ячеек подключены к соответствующим входам первого коммутатора, второй выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, третий и четвертый выходы блока переключения подключены соответственно к первому и второму входам второго блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом второго регистра сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами второго коммутатора, выход которого соединен со вторым входом блока равнозначности,управляющий вход которого объединен со входом счетчика циклов и подключен к выходу третьего коммутатора, входы которого соединены с соответствующими выходами первого регистра, управляющий вход блока накопления соединен с выходом счетчика циклов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Жо инский В.И. Арховский В.Ф. Корреляционные устройства. М., Энергия, 1974, с, 153. 2.Авторское свидетельство СССР 538368, кл. G 06 F 15/34, 1975.