Знаковый коррелятор (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G06G7/19 

(54) ЗНАКОВБ1Й КОРРЕЛЯТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ)

1

Изобретение относится к области вычислительной техники, может использоваться также в системах автоматики для автоматического контроля и предназначено для определения положения (|)ункции взаимной корреляции- сигналов.5

Известен коррелятор, содержащий первый и второй усилители-ограничители, входы которых соединены с входами коррелятора, элементы совпадения, тактовый генератор с делителем частоты, элемент задерж- Q ки (регистр), входы которых соединены с выходами элементов совпадения, первые входы которых соединены с выходом первого усилителя-ограничителя 1.

НедостатксЗм этого коррелятора являются огр аниченные функциональные возможности, is так как он не позволяет автоматически получить оценку положения максимума функции взаимной корреляции.

Известен также знаковый коррелятор, содержащий первый и второй усилители- j ограничители, узел задержки, блок усреднения и блок индикации, вход которого соединен с выходом блока усреднения, вход которого соединен с выходом логического элемента, входы которого соединены с выходами первого и второго усилителеиограничителей 2.

Недостатками знакового коррелятора являются ограниченные функциональные возможности. Так, если это устройство использовать для определения положения максимума функции взаимной корреляции путем последовательного вычисления значений функции взаимной корреляции при различных величинах задержки, время измерения оказывается весьма больщим (требуется большое количество замеров). При параллельном использовании таких устройств растут аппаратурные затраты. Если же использовать это устройство для определения положения максимума функции взаимной корреляции по значению коэффициента корреляции, получаемая оценка не дает однозначного определения положения максимума функции взаимной корреляции, так как одному и тому же значению коэффициента корреляции в этом случае соответствуют равные по модулю, но противоположные по знаку величины времени задержки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения величины и знака задержки периодического входного сигнала.

Поставленная цель достигается в вариантах технических решений принципиально одним и тем же путем, а именно получением оценки знака величины задержки, соответствующей положению максимума функции взаимной корреляции путем оценки знака коэффициента корреляции одного сигнала и вспомогательного сигнала, сформированного из второго сигнала с помощью блока задержки, осуществляющего аппроксимацию преобразования Гильберта этого второго сигнала.

Поставленная цель для первого варианта достигается тем, что в знаковый коррелятор, содержащий блок индикации, первый и второй .усилители-ограничители, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключей к выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу первого блока усреднения, введены второй блок усреднения, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и компаратор, входы которого подключены к щине нулевого потенциала и к выходу первого блока усреднения, входы второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей-ограничителей, а выход подключен ко входу второго блока усреднения, выходы которого соединены с первым входом блока индикации, второй вход которого подключен к выходу компаратора.

Во втором варианте цель достигается тем, что в знаковый коррелятор, содержащий блок индикации, первый и второй усилители-ограничители, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока задержки вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен ко входу первого блока усреднения, введены второй и третий элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй блок усреднения, компаратор, выход которого подключен к первому входу блока индикации, входы компаратора соединены соответственно с щиной нулевого потенциала и с выходом первого блока усреднения, вход второго блока усреднения подключен к выходу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены соответственно с выходом компаратора и с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго усилителя-ограничителя.

На фиг. 1 приведена структурная схема знакового коррелятора, соответствующего первому варианту; на фиг. 2 - структурная схема знакового коррелятора, соответствующая второму варианту; на фиг. 3 - структурная схема примера выполнения блока задержки; на фиг. 4 - график зависимости функции взаимной корреляции от времени задержки, поясняющий принцип работы знакового коррелятора.

Первый вариант (фиг. 1) знакового коррелятора содержит первый 1 и второй 2 усилители-ограничители, блок задержки 3, логический элемент 4, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блоки усреднения 5 и 6, блок индикации 7, входы элемента 8 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с выходами соответственно первого 1 и второго 2 усилителей-ограничителей, вход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом 9 знакового коррелятора, второй вход 10 которого соединен со входом усилителя-ограничителя 2, входы компаратора 11 соединены с выходом блока усреднения 5 и шиной нулевого потенциала, входы блока индикации 7 подключены к выходам блока усреднения 6 и компаратора 11.

Второй вариант знакового коррелятора (фиг. 2) содержит дополнительно элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 12, а блок индикации выполнен в виде прибора-индикатора 13 и резистора 14.

Блок задержки (фиг. 3) содержит первый 15 и второй 16 резисторы, конденсатор 17, полевой транзистор 18, элемент усреднения 19, операционный усилитель 20, компаратор 21 и элемент ИСКЛЮЧАЮЮЩЕЕ ИЛИ 22, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом 23 и входом 24 блока задержки, вход 24 которого через первый резистор 15 соединен с инверсным входом операционного усилителя 20 и через второй резистор 16 - с выходом операционного усилителя 20, который соединен с прямым входом компаратора 21, инверсный вход которого соединен с шиной опорного сигнала 25, а выход компаратора 21 соединен с выходом 23 блока задержки, вход 24 которого соединен через конденсатор 17 с прямым входом операционного усилителя 20 и стоком полевого транзистора 18, исток и затвор которого соединены соответственно с шиной 25 и выходом элемента усреднения 19, вход которого соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22.

Общий принцип работы коррелятора поясняется фиг. 4, на которой приведен график знаковой функции взаимной корреляции в зависимости от величины задержки. Так как ход этого графика одинаков для гармонических прямоугольных и т. н. сигналов. то по известному значению коэффициента корреляции Gg можно оценить положение максимума функции взаимной корреляции макс : 1,1- (1-Go),(1) где Т - период сигнала. Подобная оценка, однако, дает только модуль этой величины, так как одинаковым GO могут соответствовать как отрицательные, так и положительные Т ,4акоД-я устранения такой неоднозначности в предложенном технической решении определяется знак коэффициента корреляции Gj одного из входных сигналов и вспомогательного сигнала, получаемого из второго сигнала путем его задержки на четверть периода. Так как канал оценки знака также работает на основе оценки коэффициентакорреляции, обеспечивается высокая помехоустойчивость всего устройства. Ординату функции такой вспомогательной функции взаимной корреляции показана на фиг. 4 .пунктирной линией, и коэффициент корреляции GJ , получаемый при этом, имеет знак, обратный знаку истинного значения t, и позволяет получить однозначное определение положения максимума. Рассмотрим работу знакового коррелятора, структурная схема которого показана на фиг. 1. Исследуемые сигналы подаются -на входы 9 и 10 устройства, откуда поступают на входы усилителей-ограничителей 1 и 2, которые осуществляют преобразование этих входных сигналов х и Y в форму логических сигналов, причем единичное лoг чecкoe значение присваивается Положительным выходному сигналу соответствующего усилителя-ограничителя, а нулевой логический сигнал - отрицательному или нулевому. Выходные сигналы усилителей-ограничителей подаются на входы элемента 8, который осуществляет выполнение операции СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА. Таким образом, постоянная составляющая сигнала на выходе логического элемента 8 оказывается . величиной, однозначно определяющей положение максимума функции взаимной корреляции. Действительно, Оо K-f /|signx(t)+ signY(t)dt, (2) где Tn - постоянная времени . блока элемента) усреднения; К - коэффициент пропорциональноИз (2) и (1) можно определить положение максимума по модулю, что позволяет проградуцровать элемент индикации непосредственно в величинах, характеризующих положение максимума. Операцию усреднения выполняет блок усреднения 6, в качестве которого может быть использован интегратор или фильтр низкой частоты. Знак величины определяется выходным сиг налом компаратора 11, который определяется величиной сигнала на выходе блока усреднения 5, который выделяет среднее значение сигнала на выходе логического элемента 4, выполняющего логическую операцию СУММА ПО МОДУЛЮ ДВА, для сигнала sign x(t) и signylt - ). Таким образом Г,: определяется в соответствии с выражением signT aK:t -signJ signx(t)+signY(t- )it. т1БЛОК задержки, таким образом, может представлять собой просто линию задержки. Однако, если измерения проводятся в некоторой полосе частот- входных сигналов, требуется перестройка времени задержки такой линии задержки, что не всегда возможно, а в случаях, когда частота сигнала неизвестна, то осуществление такой перестройки оказывается невозможным. В этом случае для формирования сигнала, сдвинутого на четверть периода, можно воспользоваться широкополосным интегратором. Рассмотренные варианты по существу обеспечивают формирование-отдельных оценок модуля и знака фазового сдвига. В некоторых случаях оказывается более удобным получить результат в виде одного сигнала. ™ может быть достигнуто, например, в знаковом корреляторе,, структурная схема которого показана на фиг. 2. Особенностью функционирования этого знакового коррелятора является использование дополнительного элемента 12, осуществляющего логическую операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, благодаря чему, если выходной сигнал компаратора 11 нулевой, сигналы с выхода логического элемента 8 приходят на блок усреднения 6 без изменений, а если выходной сигнал компаратора 11 единичный, то сигналы с выхода логического элемента 8 проходят на вход блока усреднения 6 инвертируясь, благодаря чему обеспечивается однозначная индикация с помощью индикатора 13 величины ГмАлс на одной непрерывной щкале. Рассмотренные варианты знакового коррелятора расширяют - возможности известных за счет определения значения и знака задержки периодического сигнала. Формула изобретения 1. Знаковый коррелятор, содержащий лок индикации, первый и второй усилители-ограничители, входы которых являются соответственно первым и вторым входами коррелятора, выход первого усилителя-ограничителя соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу блока задержки, вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен ко входу первого блока усреднения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения величины и знака задержки периодического входного сигнала, в знаковый коррелятор введены второй блок усреднения, второй элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и компаратор, входы каждого подключены соответственно к шине нулевого потенциала и к выходу первогр блока усреднения, входы второго элемента ИСК ЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с выходами первого и второй усилителей-ограничителей, а выход подключен ко входу второго блока усреднения, выходу которого соединены с первым входом блока индикации, второй вход которого подключен к выходу компаратора.

блока задержки, вход которого соединен с выходом второго усилителя-ограничителя, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен ко входу первого блока усреднения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения величины и знака задержки периодического входного сигнала, в знаковый коррелятор введены второй и третий элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй блок усреднения, компаратор, выход которого подключен к первому входу блока индикации, входы компаратора соединены соответственно с Шиной нулевого потенциала и с выходом первого блока усреднения,.вход второго блока усреднения подключен к выходу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены соответственно с вь1ходом компаратора и с выходом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого подключены соответственно к выходм первого и второго усилителя-ограничителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.