Однородный спектро-коррелометр Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

(54) ОДНОРОДНЫЙ СПЕКТРО-КОРРЕЛОМЕТР

1

Изобретение относится к специализированным средствам измерительновычислительной техники, предназначенным для исследований вероятностных характеристик сигналов, использованию в устройствах распознавания, принятия решений, например, в радиофизике, океанологии и др. областях.

Известен однородный анализатор, содержащий ряд вычислительных матриц, каждая из которых содержит две группы взвешивающих резисторов, последовательно соединенных в каждой матрице с формирователями знаков, ключами и регуляторами знаков, выходы ключей соединены со входом интегратора, по два выхода каждой вычислительной матрицы подключены к блоку элементов И, а к входам матриц через распределительный блок подключен блок селекции, 1.

Недостатки анализатора - большое количество пассивных элементов (весовых резисторов) для вычисления даже нескольких десятков ординат спектра, наличие двух регуляторов знака в каждой матрице, кроме того, аналоговые узлы входного преобразования и селекции сигнала увеличивают погрешности вычислений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является однородный спектро-коррелометр дискретного принципа действия благодаря которому в блоках возможно изменение режимов анализа для вычисления или спектра или корреляционной функции. Спектро-коррелометр содержит входной блок, амплитудно-импульсный пре10образователь и формирователь импульсной последовательности, включенный между блоком управления и N регистрами сдвига N множительно-распределительных ячеек, последовательно со15единенных через соответствующие ключи, вход каждого из N регистров соединен с N входами накопителя через последовательно соединенные элемент совпадения, ключевой умножитель и

20 цепочку трех распределительных ключей, а генератор базисной функции подключен к информационным входам ключевых умножителей 2.

Существенным недостатком известно25го устройства является недостаточное быстродействие при анализе спектра - до нескольких сотен Гц вследствие уменьшения скорости формирр- i вания ординат спектра пропорционально номеру вычисляемой ординаты.

Цель изобретения - увеличение быстродействия анализа.

Поставленная цель достигается тем что в однородный спектро-коррелометр, содержащий амплитудно-импульсный преобразователь, связанный с выходами входного блока и генератора базисной функции, соединенных управляющими входами с соответствующими выходами тактирующего блока последовательно соединенные N множительно-распределительных ячеек дву типов с N регистрами, первый вход первой множительно-распределительной ячейки первого типа подключен к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, вторые выходы N множительно-распределительных ячеек подключены к соответствующим N входам накопителя, третьи входы множительнораспределительных ячеек соединены с третьими выходами и третьими входами предыдущих ячеек, к первому входу множительно-распределительной ячейки первого типа подключен вход регистра, выход которого соединен с входом первого ключа, .первый выход которого соединен со входом регистра, а второй выход подключен к первому выходу ячейки первого типа, между вторым выходом и вторым входом которой включены последовательно соединенные, второй и третий ключи, между выходом второго ключа и третьим ВЫХОДОМ ячейки первого типа включен четвертый ключ, а второй и третий выходы соединены через пятый ключ, причем в множительно-распределительных ячейках.второго типа второй- выход соединен с третьим входом ячейки, дополнительно введены формирователь знака, счетчик выборок, счетчик циркуляции, блок опроса, элемент ИЛИ, причем первые N/4 множительно-распределительных ячеек являются ячейками первого типа с дополнительным элементом НЕ в каждой из них, между вторыми входами упомянутых ячеек и вторым выходом входного блока включен формирователь знака, первый вход множительно-распределительных ячеек первого типа соединен с управляющим входом второго ключа и первым входом элемента НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входом регистра и соответствующим выходом блока опроса, а выход элемента НЕ подключен к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым управляющим входом блока опроса и входом счетчика циркуляции, который подключен к третьему выходу тактирующего блока, к четвертому выходу которого подключен второй управляющий вход блока опроса, а к первому выходу подключен,вход счетчика выборок, при этом Первый и второй информационные входы блока опроса соеди-.

иены соответственно с выходами счетчика выборок и счетчика циркуляции, а общий выход - с yпpaвляющи 1и входами регистров каждой множительнораспределительной ячейки первого и 5 второго типов, причем регистры в каждой из 3N/4 множительно-распределительных ячеек второго типа соединены непосредственно между первыми входом и вь1холом ячеек, а управляюQ щий вход первых ключей этих ячеек подключен к входу регистров.

Кроме того, блок опроса содержит два счетчика тактов, формирователь адреса, два регистра адреса, выходы

которых через соответствующие дешифраторы подключены к управляющим входам коммутатора,тактовый вход которого соединен с первым управляющим входом формирователя адреса, вторым управляющим входом блока опроса и со вторыми тактовыми входами счетчиков тактов, первые тактовые входы которых соединены с первым уп-. равляющим входом блока опроса, а выходы счетчиков тактов соединены соответственно со вторым и третьим управляющими входами формирователя адреса, информационные входы которого подключены соответственно к первому и второму информационног 1у входу блоQ ка опроса, входы которого подключены к входам колшутатора, а выходы формирователя адреса подключены к входам соответствующих регистров адреса.

J На фиг. 1 изображена структурная схема однородного спектро-коррелометра; фиг. 2 - циклы формирования произведений и наличия холостых тактов в циркуляциях.

Однородный спектро-коррелометр

содержит входной блок 1, амплитудноимпульсный преобразователь 2, генератор 3 базисной функции, формирователь 4 знака, ссэединенные управляющими входами с соответствующими выходами тактирующехх) блока 5, множительно-распределительные ячейки 6 и 7, вторые выходы подключены ко входам накопителя 8, управляющие выходы множительно-распределитель0 ных ячеек 6 соединены со входами элемента 9 ИЛИ, выход которого соединён с управляющим входом блока 10 опроса, к информационным входам которого подключены соответственно счетчик

е 11 выборок И счетчик 12 циркуляции.

Множительно-распределительная ячейка б содержит регистр 13, выход которого через первый выход ключа 14 подключен к своему входу и к управляющим входам ключа 15 и элеме та НЕ 16, выход которого является управляющим выходом ячейки 6. Первый вход ячейки б соединен с входом регистра 13, второй вход ячейки подключен через ключи 15 и 17 ко вто1эому

выходу ячейки 6, причем, между выходом ключа 15 и третьим выходом множительно-распределительной ячейки б включен ключ 18, выход которого через ключ 19 подключен также ко второму выходу ячейки 6, управляющий вход которой соединен с управляющим входом регистра 13 и вторым входом элемента НЕ 16, а первый выход ячейк 6 соединен со вторым выходом ключа 14 ..

Множительно-распределительная ячейка 7 содержит регистр 20, включенный между первы1«1И входами и выходом ячейки, ключ 21, включенный между вторыми входом и выходом ячейки, и ключ 22, включенный между третьим входом и вторым выходом ячейки, при этом управляющий вход ключа 21 соединен с входом регистра 20

Блок 10 опроса состоит из счетчиков тактов 23-1 и 23-2, формирователя 24 адреса, регистров адреса 25и 25-2, последовательно соединенных соответствующими дешифраторами 26-1 и 26-2, выходы которых подключены к управляющим входам коммутатора 27, тактовыйвход которого соединен с третьим управляющим входом формирователя 24 адреса, вторым управляющим входом блока 10 опроса и со вторыми тактовыми входами счетчиков тактов 23-1 и 23-2, первые тактовые входы которых соединены с первым управляющим входом блока 10 onpoqa, а выходы счетчиков тактов 23-1, 23-2 соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами формирователя 24 адреса, информационные входы которого подключены соответственно к первому и второму информационному входу блока 10 опроса, выходы которого подключены к выходам коммутатора 27, а выходы формирователя 24 адреса подключены к входам соответствующих регистров 25 адреса.

Однородный спектро-коррелометр работает следующим образом.

Перед началом вычисления корреляционной функции от тактирующего блока 5 поступают командные импульсы-, устанавливающие генератор 3 базисной функции в отключенное состояние, формирователь 4 знака в состояние (знак ; оэффициента передачи сигнала), в множительно-распределительных ячейках 6 ключ 14 установлен в положение, при котором выход регистра 13 подключен ко входу следующей ячейки 6, ключи 18 и 19 .закрыты, а управляющие входы всех регистров 13 и 20 ячеек 6 и 7 подключены к общему выходу коммутатора 27.

Последовательность преобразований сигнала производится спектро-коррелометром в соответствии с алгоритмом Стильтьеса . исследуемые сигналы x(t) и y(t) подаются на входы входного блока 1, с первого выхода которого сигнал у (nit) в дискретной форме поступает на информационный вход амплитудно-импульсного преобразователя 2, а со второго входа - нерез формирователь 4 знака в непрерывной форме поступает на второй вход одновременно всех множительнораспределительных ячеек 6 и 7.

В амплитудно-импульсном преобразователе 2 в дискретные моменты времени тдЬ амплитуды отсчетов -сигнала

0 у(nut) преобразуются в пачки коротких импульсов JY с количеством импульсов, эквивалентным амплитуде соответствующего отсчета сигнала. Пачки импульсов Лтп поступают далее на пер5вый вход множительно-распределительной ячейки 6-0 и через регистр 13, ключ 14, подаются в следующие ячейки 6-1,6-2...б- (N/4-1) и далее в последовательно соединенные регистры 20

0 ячеек 7-1,7-2...7-3N/4. По мере продвижения пачек импульсов в регистрах 13 и 20 они одновременно поступают на управляющие входы ключей; 15 и 21, каждый короткий импульс Jrnn из пачки . на короткое время открывает .соответ5ствующий ключ, осуществляя выборку из непрерывного сигнала x(t).

Такая дельта-модуляция осуществляется одновременно во всех N множительно-распределительных. ячейках

0 спектро-коррелометра, после чего эти выборки поступают в накапливающие ячейки накопителя 8, форгиируя в них соответствующие ординаты Р(д-дТ) корреляционной функции в реальном

5 масштабе времени.

Далее осуществляется вычисление оценок спектра. Рассмотрим для наглядности процедуру Фурье-преобразоваИия x(t)-- А() .

0

Исследуемый сигнал x(t) в этом случае во входном блоке 1 подвергается предварительной обработке (ограничению по, частоте, дискретизации, ...), после чего отсчеты сигнала X (q-at), через формирователь 4 зна5ка подаются на второй вход ячеек 6 (фиг. 2а) . На.первый вход ячеек б (фиг. 1) перед началом обработки подается гармонический сигнал от генератора 3 базисной функции, кото0рый в виде пачек импульсов с выхода амплитудно-импульсного преобразователя 2 поступает по цепи регистр 13 - ключ 14 - выход ячейки б-О и далее в ячейки 6-1,6-2,....,65 (N/4-1) . Последовательность- - пачек импульсов в регистрах 13 характеризует четверть периода основной частоты базисной функции (фиг. 26).

Вычисление спектра начинается по

0 первому тактовому импульсу с первого выхода фактирующего блока 5: во входном блоке 1 из сигнала x(t) формируется первый отсчет x(l-at), который запоминается на время ut и

5 через формирователь 4 знака приложе к входу ключей 15 каждой множительно-распределительной ячейки 6. Одновременно с этим счетчик 11 выборок и счетчик 12 циркуляции начинает счет, формируя на своих выходах код, соответствующий номеру q-1 и п-О, которые подаются на входы формирователя 24 адреса. Код полученного произведения a/t o -qi-п -О пересылается в регистр адреса 25-1, который через дешифратор 26-1 определяет номер выхода коммутатора 27: при коде адреса тактовые импульсы -поступают на управляющий вхо регистра 13 логической ячейки 6-0, осуществляя циркуляцию пачки импуль сов Jo по кольцу выход регистра 13 ключ 14 - вход регистра 13. Поступая также на управляющий вход ключа 15, импульсы Jo пачки по вергают дeльтa -мoдyляции отсчет x(l-At). Результат модуляции с вы|Хода ключа 15 через открытые ключи il8 и 19 подается на первый вход накопителя 8. Одновременно импульсы do пачки подаются на первый вход элемента НЕ 16, на второй вход которого поступают тактовые импульсы. При окон чании пачки импульсов Ло , на второй вход элемента НЕ 16 поступит очеред ной тактоьый импульс, который ввиду отсутствия запрещающего импульса на первом входе, пройдет на выход элемента НЕ 16 и далее на элемент ИЛИ с выхода которого подается на вход Сброс счетчика тактов 23-1 и вход счетчика 12 циркуляции, устана ливая номер . При п-1 на выходе формирователя 24 адреса образуется коя, характеризующий номер следующего опрашиваемого регистра. 13 - ячейки 6-1, так как а , - 1, т.е. в коммутаторе 27 открывается выход 1, через который тактовые импульсы подаются на управляющий вход регистра 13 яче ки 6-1. Каждая из циркуляции пачек им/Nпульсов Jff, при п-1, 2,... (7 - 1/осуществляетсяангшогично случаю п-0, но при этом количество импульсов в пачке не заполняет все т ячеек регистров 13 (фиг. 26), вследствие чего после завершения циркуляции в соответствующем регистре еще требуется Р холостых тактов, чтобы установить пачку импульсов Л в первоначальное состояние. Исключают ся эти холостые затраты времени в данном спектро-коррелометре за счет использования элементов НЕ 16, сигнализирующих о окончании циркуля ции и за счет одновременного управления двумя регистрами с адресом а (очередная циркуляция) и с адресом а(п-1) (установка начального состоя ния пачки импульсов предыдущей циркуляции) . Управление двумя регистрами осуществляется введением в устройство 10 опроса двух счетчиков тактов 23, считающих такты сдвига пачек импульсов в указанных регистрах и двух цепей регистр адреса 25 - даиифратор 26 , открывающих одновременно два соответствующих выхода коммута-, тора 27 на эти интервалы времени. После окончания холостых тактов соответствующий счетчик 23 сбрасывается в начальное нулевое состояние, обнуляется соответствующий регистр адреса 25 и закрывается один из выходов коммутатора 27, в то время как через другой продолжают поступать такторые импульсы до окончания этой циркуляции. Последовательность п циркуляции N (в - регистрах 13) производится до получения суммы результатов дельта модуляции во всех N ячейках накопителя 8,причем распределение их по соответствующим ячейкам накопителя 8 производится через .общую шину, соединяющую третьи входы множительнораспределительных ячеек 6 и 7, и соответствующие ключи 19.и 22, управляемые блоком 10 опроса (связи не показаны как очевидные). При получении на выходе входного блока 1 последующих отсчетов сигнала x(qAt) или qr2,3,...,N процедура обработки осуществляется аналогично случаю q-1, формируются адреса а, с интервалами Да, кратными j; в соответствующих ячейках 6 производится циркуляция выборки J-, (q-n) и дельтамодуляция отсчета x(q-dt), результат которой распределяется ключами 19 или 22 на выходы накопителя 8 с номерами п. После последней циркуляции q-N в . накопителе 8 формируется сумма дельта-модулированных выборок, описыва,ема-я выражением А Н мм Ч V fv 1 Al) В X(.)S(-ircos с|, , 1nsC Kro - где Кг - масштабный коэффициент шкалы частот дЬ - шаг дискретизации входного сигнала; ЛТ - шаг дискретизации базисных функций и результата вычислений (фиг. 2б-г); К - номер перехода базисной функции через нулевой уровень, определяющий полярность си-гнала с выхода формирователя знака. Вычисление спектра в однородном спектро-коррелометре предлагаемой структуры производится значительно быстрее и до более высоких частот сигнала благодаря записи в регистры

13 отсчетов базисной функции (в виде пачек импульсов), что позволяет сократить время информативными отсчетами и введению элементов НЕ, исключающему потерю времени на холостые такты при циркуляции отсчетов.

Формула изобретения

10 выходу тактирующего блока, к четвертому выходу которого подключен второй управляющий вход блока опроса, а к первому выходу подключен вход счетчика выборок,при этом первый и

15 второй информационные входы блока опроса соединены соответственно с выходами счетчика выборок и счетчика циркуляции, а общий выход - с управляющими входами регистров каждой множительно-распределительной ячейки

0 первого и второго типов, причем регистры в каждой из 3N/4 множительнораспределительных ячеек второгр типа соединены, непосредственно между первыми входом и выходом ячеек, а

5 управляющий вход первых ключей этих ячеек подключен к входу регистров .

0 тактов, формирователь адреса, два регис1ра адреса, выходы которых через соответствующие дешифраторы подключены к управляющим входам коммутатора, тактовый вход которого соедиSнен с первым управляющим входом формирователя адреса, вторым управляющим входом блока опроса и со вторыми тактовыми входами счетчиков тактов, первые тактовые входы которых соединены с первым управляющим входом блока

0 опроса,а выходы счетчиков тактов соединены соответственно со вторым и третьим управляющими входами формирователя адреса, информационные входы, которого подключены соответственно

5 к первому и второму информационному входу блока опроса,входы которого подключены к входам коммутатора,. а выходы формирователя адреса подключены к входам соответствующих

0 регистров адреса.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

IM Ф Af/;

/

; /