Однородный спектро-коррелометр Советский патент 1982 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к специализи рованным средствам измерительно-вычис лительной техники, предназначенным, для исследований вероятностных характеристик сигналов, использования в устройствах распознавания, например, в радиофизике, океанологии и других областях. Известен однородный спектро-коррелометр, содержавши последовательно со единенные идентичные блоки обработки первого типа и два блока обработки второго типа, включенные на входе про цессора и на выходе последнего блока обработки первого типа, а выходы второго блока обработки второго типа соединены с входами запоминающего устройства произвольного доступа, управляющий вход которого соединен с блоком опроса, причем каждый блок обработки содержит арифметическое устройство и три регистра 1. Недостаток процессора - невысокое быстродействие при вычислении корреляционных функций и большое количест во блоков памяти арифметических устройств. Наиболее близким к предлагаемому является однородный спектро-коррелометр дискретного принципа действия, благодаря чему в блоках возможно изменение режимов анализа для вычисления или спектра, или корреляционной функции. Однородный спектро-коррелометр содержит входной блок, к первому выходу которого подключен генератор базисной функции и последовательно соединенные амплитудно-импульс}1ый преобразователь N/4 множительно-распределительных ячеек первого типа и 3N/4 множительно-распределительных ячеек второго типа, вторые входы которых через формирователь знака соединены с вторым выходом входного блока, а вторые выходы соединены с соответствующими N входами накопителя, третьи входы соединены с общей распределительной шиной, между вторым входом и вторым выходом множительно-распределительных ячеек первого типа включены последовательно соединенные первый и второй ключи. Между выходом первого ключа и общей распределительной шиной включен третий ключ, выход которого через четвертый ключ соединен с вторым выходом множительно-распределительной ячейки первого типа, первый вход которой соединен с первым входом пятого, а управляющий .выход через элемент ИЛИ соединен с первым входом блока опроса, к второму и третьему входам которого подключены соответственно выходи счетчика выборок и счетчика циркуляции, четвертый вход соединен с управляющим входом амплитудно-импульсного ,преобразователя и соответствующим вы Ходом тактирующего устройства, второй выход которого соединен с управляющим входом формирователя знака, третий вы ход с управляющими входами входного блока и счетчика выборок, а четвертый выход - с первым входом блока опроса и входом счетчика циркуляции. При этом блок опроса содержит последовательно соединенные формирователь адреса, два регистра адреса, два дешифратора и коммутатор, общий выход которого соединен с управлякяцин входом регистра каждой множительно-распределительной ячейки,а другие .N/4 выходов, коммутатора соединены с управляющим входом регистра в N/4 множительнораспределительных ячейках первого типа, причем в каждой из 3/4 N множительно-распределительных ячеек второго типа регистры включены непосредственно между первыми входом и выходом ячеек, первый ключ включен между вторыми входом и выходом, второй ключ между ВТОРЫМвыходом и общей распреде лительной шиной, а управляющий вход первого ключа соединен с ин(5юрмационным входом регистра 2.. Существенным недостатком прототипа является необходимость наличия гене.ратора базисной функции с высокостабильной амплитудой гармоники-: необходимость предварительной зс1писи орди нат гармоники в регистры ячеек первого типа перед вычислением спектра, т.е. излишняя сложность аппаратурного решения. Цель изобретения - упрощение аппаратуры за счет увеличения согепени ее однородности (из-за уменьшения количества вспомогательных блоков). | Поставленная цель достигс1ется тем, что в однородный спектро-коррелометр, содержащий элемент ИЛИ, блок согласования, входы которого являются соответственно первым и вторум входами сп ктро-коррелометра, выходы блока согласования соединены с информационными йходами соответственно формирователя знака и амплитудно-импульсногр преобразователя, управляющие входа которых и блока согласования поддаючены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока синхронизации, первый и- второй счетчики, выходы которых соединены соответсхвенно с первым и вторым входами блока формирования адреса, выход которого подключен кг . входу регистра адреса, выход которого через дешифратор соединен с управляющим входом первого кокв утатора, синхрониэирую щий вход которого соединен с вторым входом блока синхронизации, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго счетчиков, множительно-распределительные ячейки первой и второй групп, первые входы регистров которых подключены к соответствующим выходам первого коммутатора, первые вхбды первых ключей ячеек первой группы объединены и подключены к выходу формирователя знака, выход первого ключа соединен с входом второго и третьего ключа, выход второго ключа и четвертого ключа объединены и подключены к соответствующему входу накопителя, выход третьего и вход четвертого ключа объединены и подключены к общей распределительной шине, первый вход пятого ключа первой множительно-распределительной ячейки первой группы подключен к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, первые входы пятых ключей каждой следующей ячейки первой группы соединены с выходом регистра предыдущей ячейки первой группы, число которых равно N/4, где N число разрядов накопителя, вход регистра и управляющий вход первого ключа множительно-распределительной ячейки второй группы объединены и подключены к выходу регистра предыдущей ячейки, а вход регистра первой ячейки второй группы объединен с управляющим входом первого ключа и подключен к выходу регистра последней ячейки .. „„ . первой группы, входы первых ключей объединены и подключены к выходу формирователя знака, выходы первого и второго ключей ячеек второй группы объединены и подключены к входам накопителя с N/4-1 по N, входы вторых ключей ячеек второй группы объединены и подключены к общей распределительной шине, выходы синхронизации регистров множительно-распределительных яче подключены к последнему выходу первого коммутатора, введены второй коммутатор, элемент задержки, триггер, дифференцирующее звено, и в множительно-распределительные ячейки первой группы - элемент И и шестой ключ, выход которого соединен с первым входом элемента И и с управляющим входом первого ключа, второй вход элемента И соединен в i-й множительно-распределительной ячейке первой группы с выходом регистра, выходы всех элементов И подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого объединен с выходом блока Синхронизации и подключен к входу второго счетчика и элемента задержки, выход которого соединен с входом триггера, выход которого подключен к входу дифференцирующего звена, выход которого объединен с входом элемента запаздывания и подключен к входу синхронизации второго коглмутатора, управляющий вход которого соединен с выходом дешифратора выходы второго коммутатора соединен с вторыми входами пятых ключей, со iответствующих множительно-распредел тельных ячеек первой группы, в кажд из которых входа шестого ключа соед нены соответственно с. управляющим в дом регистра и с первым входом пято го ключа. При этом количество элементарных ячеек сдвига от входа регистра до выхода i-й элементарной ячейки сдви га этого регистра пропорционально i-му из N/4 отсчетов базисной функции на интервале четверти периода ,ее разложения. На фиг. 1 изображена структурная 1схема предлагаемого однородного спектро-коррелометра; на фиг. приведены временные диаграммы, иллю стрирующие преобразования сигнала при вычислении спектра и формирование i-x отсчетов гармойических функций за счет использования требуемо го i-ro вывода в регистрах множитель но-распределительных ячеек первой группы. Спектро-коррелометр содержит блок Iсогласования, амплитудно-импульсный преобразователь 2, формировател 3 знака, блок 4 синхронизации, множ тельно-распределительные ячейки 5 первой группы, элемент ИЛИ б, множи тельно-распределительные ячейки 7 второй группы, накопитель 8, счетчи ки 9 и 10, блок 11 опроса, ключ 12, регистр 13, ключи 14-18, элемент И l9, регистр 20 и ключи 21 и 22. Блок IIопроса содержит элемент 23 задержки, триггер 24, дифференцирующее звено 25, блок 26 формирования адреса, регистр 27 адреса, дешифратор 28 и два коммутатора 29 и 30. К первому выходу блока 1 согласования подключены последовательно соединенные амплитудно-импульсный преобразователь 2, N/4 множительно-распределительных ячеек 5 первой группы и 3N/4 множительно-распределитель ных ячеек 7 второй группы, вторые входы которых через формирователь знака 3 соединены с вторым выходом блока 1 согласования, а вторые выходы соединены с соответствующими N входами накопителя 8, третьи входы соединены с общей распределительной шиной, между вторым входом и вторым выходом множительно-распределительных ячеек 5 первой группы включены последовательно соединенные ключи 15 и 16. Между выходом ключа 15 и общей распределительной шиной включен ключ 17, выход которого через ключ 18 соединен с вторым выходом множительно-распределительной ячейки 5 первой группн, первый вход которой соединен с первым входом ключа 12, а управляющий выход через элемент ИЛИ 6 соединен с входом счетчика 9 циркуляции и первым входом блока 11 опроса. К второму и третьему входам блока 11 опроса подключены соответственно выходы счетчика 10 выборок и счетчика 9 циркуляции, четвертый вход соединен с управляющим входом амплитудно-импульсного преобразователя 2 и соответствующим выходом блока 4 синхронизации, второй выход которого соединен с управляющим вхо-, дом формирователя 3 знака, третий выход с управляющими входами блока 1 и счетчика 10 выборок, а четвертый выход - с первым входом блока 11 опроса . Блок 11 .опроса содержит последовательно соединенные блок 26 формирования адреса, регистр 27 адреса, дешифратор 28 и коммутатор 29, общий выход которого соединен с управляющим входом регистров 13 и 20 каждой множительно-распределительной ячейки 5 и 7 групп, а другие N/4 выходов коммутатора 29 соединены с управляющим входом регистра 14 в N/4 множительнораспределительных ячейках 5 первого типа. В каждой из 3/4 N множительно-распределительных ячеек 7 второй группы регистры 20 включены непосредственно между первыми входом и выходом ячеек, ключ 21 включен между вторыми входом и выходом, ключ 22 между вторым выходом и общей распределитель ной шиной, а управляющий вход ключа 21 соединен с информационным входом регистра 20. Множительно-распределительные ячейки 5 первой группы содержат также элемент И 19 и ключ 14, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и управляющим входами ячейки 5, выход ключа 14 подключен к управляющему входу ключа 15 и первому входу элемента И 19, а второй вход ключа 12 соединен с четвертым входом ячейки 5, выход ключа 12 подключен к входу регистра 13. , Блок 11 опроса содержит последовательно соединенные элемент 23 задержки, триггер 24, дифферендируювдее звено 25 и второй коммутатор 30, выходы которого соединены с четвертым вхоом соответствующих множительно-распределительных ячеек 5 первого типа. правляющий вход второго коммутатора 30 соединен с управляющим входом первого коммутатора 29 блока 11 опроса, ервый вход которого соединен с вхоом элемента 23 задержки и выходом ифференцирующего звена 25. Выход элемента И 19 подключен к упавляющему выходу множительно-распреелительной ячейки 5 первой группы. a второй вход элемента И 19 в i-й ячейке 5 первой группы соединен с вы ходом соответствующей i-й элементарной ячейки сдвига регистра 13. При этом количество элементарных яЧеек сдвига от входа регистра 13 до выхода ячейки сдвига этого регистра 13 пропорционально 1-му из N/4 отсчетов базисной функции -на интервале четвер .ти периода ее разложения. Однородный .спектро-коррелометр работает следующим образом. Перед началом вычисления корреляционной функции R(v) от блока 4 син хронизации поступают командные импульсы, устанавливающие формирователь 3 знака в состояние 4-1 (зна-к коэффициента передачи сигнала), в множительно-распределительных ячей ках 5 ключи 12 и 14 установлены в . первое положение, подключая выход амплитудно-импульсного преобразова-теля 2 к входу регистра 13 яЕЧейки 5, и включая последовательно регистры 13 остальных ячеек 51 и регистры 20 ячеек 7. Ключи 17, 18 и 22 закрыты, а управляю1дие входы всех регистров 13 и 20 подключены к общему выходу коммутатора 29 блока 11 опроса.- Уп-: равляющие входы ключей 15 и 21 подключены к информационным входам соот ветствующих регистров 13 и 20. Ключи 16 открыты. Последовательность преобразований сигнала проводится спектро-коррелометром в соответствии с алгоритмом Стильтьеса (аналогично 2J: нсследуемые сигналы х(t) и У( t). подаются на входы входного блока 1, с первого выхода которого сигнал / (п л- ) в дискретной форме поступает на инфо мационный вход амплитудно-импульсног преобразователя 2, ас второго входа через формирователь 3 знака в непрерывной форме поступает на второй вход одновременно всех множительнораспределительных ячеек 5 и 7. В амплитудно-импульсном преобразователе 2 амплитуды отсчетов сиг.наjia ( ) преобразуются в пачки1: коротких импульсов , с количеством га импульсов, пропорциональнЕлм амплитуде соответствуклцего отсчета сигнала. Пачки импульсов 1,,, поступают -да лее на первый вход ключа 12 множител но-распределитеэтьной ячейки 5.0 и чв рей регистр 13 подаются в следующие яфйки 5.1, 5.2, ..., 5. (N/4-1) и далее в последовательно соединенные регистры 20 ячеек 7.1 7.2, ..., 7(3N/4). По мере продвижения пачек импульсов в регистрах 13 и 20 они одновременно поступают на управлякицие входы ключей 15 и 21: -каждый короткий импульс из пачки импульсов на короткое время открывает срответствукяжиа ключи 15 и 21, осуествляя выборку из непрерывного игнала xft ). Такая дельта-модуляция осуществляется одновременно во всех множительно-распределительных ячейках qneKTpo-коррелометра, после чего эти выб6рки поступают в накапливающие; ячейки накопителя 8, формируя в них соответствующие ординаты R(q дТ ) корреляционной функции в реальном ма сштабе времени. , Во . втором режиме работы вычисляется оценка спектра. Предварительно ключи 12 и 14 устанавливаются во второе положение, подключая информационные входы регистров 13п к соответствующим п-м выходам коммутатора 30, а управлянзцие входы этих регистров - к выходам коммутатора 29. Ключи 16 постоянно закрыты. Исследуемый сигнал x(t ) подается на блок 1 согласнования, в котором производится дискретизация и запоминание отсчета x(l4t ), который через формирователь 3 знака считывается на второй вход множительно-распределительных ячеек 5.п. Одновременно первый тактовый импульс с выхода тактирующего устройства 4 устанавливает в счетчике 10 выборок код q 1, а с другого выхода - начальной уста-. новки - на счетчик 9 циркуляции и первый вход блока 11 опроса додается единичный импульс 1 (например, однократный разряд интегрирующей RCцепочки). В счетчике 9 циркуляции устанавливается код п О, а в блоке 11 опроса этот импульс 1 проходит через элемент 23 задержки, опрокидывает триггер 24, перепад уровней которого дифференцируется дифференцирующим звеном 25, формирующим новый импульс 1 для передачи на вход ячейки 5.0. Так как одновременно с этим на входы формирователя 26 адреса поданы коды q; 1 и п О, то на его выходе формируется код произведения q X По.0, который пересылается в регистр адреса 27 и через .решифратор 28 открывает одноименные ключи О в коммутаторах 29 и 30. Благодаря этому тактовые управляющие импульсы поступают на управляющий вход регистра 13 в ячейке 5.0, а единичный импульс 1 через четвертый вход ячейки 5.0 и ключ 12 на информационный вход этого же регистра 13. Каждый тактовый импульс продвигает единичный импульс 1 в следующую элементарную ячейку сдвига регистра 13. В результате этого после М-го тактового импульса импульс 1 поступает 11Й Н-й отвод регистра 13, который соединен с входом элемента И 19. Одновременно тактовые импульсы через ключ 14 поступают на второй

вход элемента И 19 и на управляющий вход ключа 15, с выхода которого дельта-модулированные короткие импульсы амплитуды, равной x(lAt), поступают далее через ключи 17 и 18 на первый вход накопителя 8. При поступлении -гр тактового импульса он одновременно воздействует на оба входа элемента И 19 f поступает на его выход и через элемент ИЛИ 6 на вход счетчика 9 циркуляции и вход цепи элемент задержки 23 - триггер ,24 - дифференцирующее звено 25. В р зультате этого на выходе формирователя адреса 26 формируется код нового произведения а, q х п 1, благодаря чему откроются ключи 1 в коммутаторах 20 и 30, а ключи О закроются. Этим завери1ается первая циркуляция (п 0) микрог -шульсов, эквивалентная умножению отсчета сигнала x(l4t) на отсчет с номером О гармонической функции.

При второй циркуляции (п 1) к выходу 1 коммутатора 29 подключен управляющий вход регистра 13 множительно-распределительной ячейки 5.1, а к выходу 1 коммутатора подключен через ключ 12 информацион(Ный. вход этого регистра, на который подается единичный импульс с выход дифференцирующего звена 25. Продвижение этого импульса в регистре 13 ячейки 5.1 осуществляется при помощи тактовых импульсов, как и в предыдущем случае, но дельта-модулированные им11ульс ы ,с выхода ключа 15 ячейки 5.1 поступают на второй вход накопителя 8. Накапливание прекращается при подаче (М-1)-го тактового импульса: он поступит на оба входа элемента И 19 этой ячейки, в результате чего пройдет на выход элемента И 19 и через вход 1 элемента ИЛИ б в блоки формирования адреса и опроса. Вторая циркуляция эквивалента умножению отсчета х(1д1) на отсчет с номером 1 функции cos. I .. После N циркуляции в ячейках накопителя 8 будет сформировано произведение отсчета x(l4t) на отсчетов гармонической функции cos на периоде разложения 2 J(фиг. 26 ). При этом результаты дельта-модуляции в каждой из N/4 множительно-распределительных ячеек 5 с соответствующим знаком, задаваемымФормирователем 3, распределяются на N входов накопителя 8 через общую распределительную шину, к которой подключены входы всех ключей 18 и 22, поочередйо oTKpHBaeNBJX блоком 11 опроса I (связи не показаны как очевидные.

При получении в блоке 1 согласования второго отсчета сигнала

х( 2 л t) он запоминается и через формирователь 3 «нака подключен к

второму входу множительно-распре делительных ячеек 5.(N/4-l).B счетчике 10 выборок установлен код q 2,вследствие чего в формирова- , теле 26 адреса будет формироваться

5 последовательный ряд адресов

cv/л 2;jri, т.е. адреса ключей коммутаторов 29 и 30 с номерами, измейятощимися с шагом 2л:. Вследствие этого дельта-модулированные отсчеты

10 образовываются на выходах ключей 15 ячеек 5.0-5.2-5.4 - и т.д. и распределяются на те же входы 1, 2, 3, ..., N накопителя 8, в результа,те чего в накопителе 8 предыдущие

15 отсчеты суммируются с новым рядом Отсчетов, пропорциональным произведению x(24t) на c6s удвоенной частоты (фиг. 2в ).

Аналогичные преобразования осуQ ществляются для отсчетов q 3, 4, ..., N. Процедура обработки при этом производится в соответствующих ячейках 5.1, где номер i изменяется с шагом да q X п, в результате чего после окончания обработки все25го сигнала в накопителе 8 накапливается сумма дельта-модулированных выборок, описываемая выражением:

0 fej (-1) .X(«Vit)

где K - масштабный коэффициент

шкалы частот;

jflt - шаг дискретизации входного 5 сигнала;

дТ - шаг дискретизации гармонической функции и результата вычислений (фиг. 21, ); К - номер перехода гармоничес0 кой функции через нулевой уровень, определяющий полярность сигнала с выхода формирователя знака. Представление отсчетов cos-фун кции в виде последовательности временных интервалов, задаваемых регистрами с отводами, соединенными с элементами И,, позволяет исключить в явном внде генератор гармонической функции, (неоднородный блок) из состава аппаратуры однородной структуры, заменив его на распределенные в ячейках регистры. Это существенно упростило анализатор, исключив также необходимость предварительной записи ординат гармонической функции в соответствующие регистры ячеек первого типа перед вычислением спектра. Такая процедура вычислений и организагщи структуры аппаратуры не 0 только позволили уменьшить затраты времени на установку начальных условнй .вычисления, но и привели к уменьшению трудоемкости изготовления блоков, упрсмцению блока опроса, 5 исключив ряд счетчиков н дешифраторов, что в совокупности является критериями простоты аппаратуры и приводит к существенному техникоэкономическому эффекту.

Формула изобретения

Однородный спектро-коррелометр, содержащий элемент ИЛИ, блок согласования, входы которого являются соответственно первым и вторьдм входами спектро-коррелометра, выходы блока согласования соединены с информационными входами соответственно формирователя знака и амплитудноимпульсного преобразователя, управляющие входы которых и блока согласования подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам блока синхронизации, первый и -второй счетчики, выходы которых со- единены соответственно с первым и вторым входами блока формирования адреса, выход которого подключен к входу регистра адреса, выход ко-. торого через дешифратор соединен с информационным входом первого коммутатора, управляющий вход которого соединен с вторым входом блока синхронизации, третий и четвертый выходы которого соединены соответст.венно с входами первого и второго счетчиков, множительно-распределительные ячейки первой и второй групп состоящие из ключей и регистров, первые входы регистров подключены к соответствующим выходам первого коммутатора, первые входы -первых ключей ячеек первой группы объединены и подключены к выходу формирователя знака, выход первого ключа каждои множительно-распределительной ячейки первой группы соединен с входом второго и третьего ключа своей ячейки, выход второго ключа и четвертого ключа в каждой множительнораспределительной ячейке первой группы объединены и подключены к соответствующему входу накопителя, выход третьего ключа подключен к входу четвертого ключа своей ячейки, первый вход пятого ключа первой множительно-распределительной ячейки первой группы подключен к выходу амплитудно-импульсного преобразователя, первые входы пятых ключей каждой следующей ячейки первой группы соединены с выходом регистра предыд ще ячейки первой группы, число которых равно N/4, где N - число разрядов накопителя, вход регистра и управляющи вход первого ключа каждой множительно-распределительной ячейки второй группы объединены и подключены к выходу регистра предыдущей ячейки, а вход регистра первой ячейки второй группы объединен с управляющим входом первого ключа и подключен к выходу регистра последней ячейки первой группы, входы первых ключей множительно-распределительных ячеек второй группы объединены и подключены к выходу формирователя знака, выходы первого и второго ключей множительно-распределительных ячеек вторбй группы объединены и подключены к входам накопителя с N/4-1 по N, входы синхронизации регистров множительно-распределительных ячеек подключены к последнему выходу первого коммутатора, отличающийся тем, что, с целью упрощения спектрокоррелометра, в него введены второй коммутатор,.элемент задержки, триггер, дифференцирующее звено и в множительно-распределительные ячейки первой группы-элемент И и шестой ключ, выход которого соединен с первым входом элемента И и с управляющи входом первого ключа, второй вход Элемента И соединен в i-й множительно-распределительной ячейке первой группы с i-M выходом регистра, выходы всех элементов И подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого объединен -с выходом блока синхронизации и подключен к входу второго счетчика и элемента задержки, выход которого соединен с входом триггера, выход которого подключен к входу дифференцирующего звена, выход которого объединен с ВХОДОМ элемента запаздывания и подключен к входу синхронизации второго коммутатора, управляющий вход которого соединен с -выходом дешифратора, выходы второго коммутатора соединены с.вторыми входами пятых ключей, соответствующих множительнораспределительных ячеек первой группы, в каждой из которых входы шестого ключа соединены соответственно с управляющим входом регистра и с первым входом пятого ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 742948, кл. G Об F 15/336, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР, по заявке 2916741/18-24,

кл. G 06 F 15/332, 1980.

i

г