DE1921292B2

DE1921292B2 - Korrelationsanalogrechner

Info

Publication number: DE1921292B2
Application number: DE19691921292
Authority: DE
Inventors: Shigeo Ashiya Minami (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1968-04-27
Filing date: 1969-04-25
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GB1261364A; US3683164A; DE1921292A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Korrelationsanalog- Der Summenwert O* (i) wird mittels der o-Funktion

rechner für die näherungsweise Berechnung der ausgedrückt durch
Korrelationsfunktion eines zeitabhängigen Analogsignals /(O einerseits und eines zeitabhängigen Ge- 0*(t) = **l· CXmAt) δ (t — mAt)
wichtssignals W(J) andererseits an einer vorgegebenen 5 ^
ersten Anzahl von Stützstellen mit einem ersten kon- ^m~ °°
stanten Zeitabstand voneinander, mit einer Speise- ™ ^

einrichtung zur Einspeisung des Analogsignals J(O, ⁼ 2, 2s W{nAt)I(mAt-nAt)d{t-mAt). (3) mit einer Unterteilungseinrichtung zur Unterteilung m—°° u—l

des Gewichtssignals W(t) an einer vorgegebenen io Aus den obigen Gleichungen ist ersichtlich, daß bei zweiten Anzahl von Stützstellen mit einem zweiten der ersten üblichen Berechnung Gleichung (3) bekonstanten Zeitabstand voneinander, mit einem Multi- rechnet wird, indem zuerst Gleichung (2) nacheinander plizierer zur Bildung des Produkts aus jedem durch die für alle Punkte von η für jeden Punkt von m berechnet Unterteilung des Gewichtssignals W(i) erhaltenen _und anschließend m von — oo bis + oo variiert wird. Wert und dem Analogsignal /(O während aufein- i₅ Zur Durchführung der ersten üblichen Berechnung anderfolgender konstanter Abtastzeitintervalle, in ist ein erster üblicher Korrelationsanalogrechner mit denen jeweils alle Stützstellen der Korrelationsfunktion einem Analogdaten-Bandaufzeichnungsgerät bekannt, liegen, wobei die in den einzelnen Abtastzeitintervallen Der Rechner arbeitet wie folgt: Zwei zu korrelierende jeweils zeitlich entsprechend hegenden Produkte für Funktionen, die auf zwei Bandspuren aufgezeichnet alle Abtastzeitintervalle nacheinander zu Summen auf- _ao sind, werden durch zwei Köpfe gelesen, von denen der addiert werden, und mit einem Speicher zur Speiche- eine ortsfest ist, während der andere relativ zu dem rung der Summen, so daß nach Durchlauf aller Ab- einen verschoben wird (in der Praxis können die beiden tastzeitintervalle die Summen die Werte der Korre- Köpfe ortsfest in einem gewissen Abstand voneinander lationsfunktion an deren Stützstellen ergeben. ' angeordnet sein,. während die Länge des zwischen

Eine Faltung bzw. Berechnung der Korrelations- ₂₅ ihnen angeordneten Bandes variiert wird), und das funktion von zwei Funktionen tritt öfter bei prak- eine Signal wird mit dem anderen, verzögerten Signal tischen Problemen auf. Zum Beispiel wird das Verhalten multipliziert und integriert. Bei jeder Abtastung wird eines linearen Systems dargestellt durch die Gleichung die Verzögerungszeit des verzögerten Signals variiert,

und das Ergebnis der Integration wird als Funktion

+°° 30 der Verzögerungszeit graphisch aufgetragen. Bei dieser

0(0 = J W {τ) I{t — x) d-r, (1) Berechnung berechnet eine Abtastung Gleichung (3)

-°°_ für n, wobei m auf einem bestimmten Wert festgehalten

wird. Die Variation der Verzögerungszeit zwischen den

wobei 0(0 das Ausgangssignal, W(t) das Impuls- beiden Signalen bei jeder Abtastung entspricht der verhalten und /(O das Eingangssignal bedeutet. 35 Variation von m.

Für jede Anordnung ist, wenn sie als lineares System Ein Beispiel für die Bildung einer Korrelationsangesehen wird, die Gleichung (1) zwischen Eingangs- funktion ist die Berechnung eines gewichteten Mittels und Ausgangssignal gültig. Die Funktion W(t) wird eines Signals, dem ein Rauschen überlagert ist. Wenn dann Apparat- oder Instrumentenfunktion genannt. ein elektrisches Filter zum Aussieben des Rauschens Obwohl der Verlauf des Ausgangssignals sich von dem 40 vorgesehen wird, wird das Impulsverhalten W{f) des des Eingangssignals infolge der Verformung durch die Filters als einem Gewicht zur Zeit der gleitenden Mit-Apparatefunktion unterscheidet, kann der wirkliche telung des Eingangssignals /(O entsprechend angesehen. Verlauf des Eingangssignals aus dem gegebenen Aus- Da ein Gewicht eines passiven Filters gewöhnlich nur gangssignal und der Apparatefunktion hergeleitet im Bereich positiver Zeit auftritt, ist das Ausgangswerden. 45 signal des Filters gegenüber dem Eingangssignal ver-Es gibt viele praktische Fälle, in denen eine Berech- zögert und weist eine unsymmetrische Verzerrung auf. nung nach Gleichung (1) notwendig ist. In derartigen Sobald jedoch das Eingangssignal in einem Speicher Fällen wird die Berechnung gewöhnlich durch einen gespeichert ist, kann eine Verarbeitung vorgenommen Digitalrechner nach einer Analog-Digital-Umsetzung werden, durch die zukünftige Daten nach der Zeit der des Eingangssignals /(O durchgeführt. Dieses Verfah- 50 Verarbeitung des Eingangssighals bekannt sein können, ren ist jedoch zeitraubend und stößt auf Schwierig- Daher wird eine Verarbeitung des Eingangssignals in keiten, selbst bei Verwendung eines sehr schnellen der gleichen Weise wie bei Verwendung eines Filters Rechners. vorgenommen, dessen Impulsverhalten auch für nega-Es soll jetzt eine erste übliche Berechnung von Glei- tive Zeit auftritt, und es kann z. B. eine symmetrische chung(l) angegeben werden. Die numerische Berech- 55 Funktion als Gewichtsfunktion vorgesehen werden, nung von Gleichung (1) an einer Steilem Δ t auf der Ein derartiges Filter wird mathematisches Filter Zeitachse wird auf der Grundlage der Gleichung genannt und nimmt eine gleitende Mittlung durch Verwendung zukünftiger, gegenwärtiger und vergangener

υ Daten vor, d. h. verringert die Variationskomponente

O(mA 0=2 ^w(^n/i 0 ^Ii^m^ t — nAt) (2) 60 der Daten durch eine Arbeitsweise ähnlich der Inter- n=-L polation zur Glättung von Daten.

Es gibt viele Beispiele dafür, daß eine gleitende Mittdurchgeführt, wobei m und η ganze Zahlen sind und η lung eines Signals mit Rauschen durch Bildung der einen Wert von — L bis U einschließlich 0 annimmt, Korrelationsfunktion vorgenommen werden kann, während —L kleiner als m und U größer als m ist. 65 z. B. wenn das Eingangssignal direkt eine Funktion der Daher wird O (0 durch einen Satz von derartigen Zeit oder einer anderen Größe als der Zeit ist. Ein Bei-Interpolationspunkten dargestellt. Dabei ist L eine spiel für ersteren Fall ist das Verhalten einer elektrischen untere und U eine obere Grenze. Schaltung, das Verhalten eines physiologischen Ob-

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jekts gegenüber einem Reiz usw. Beispiele für letzteren Der Punkt η wird von — L bis U bei jeder Abtastung

Fall, wo das Eingangssignal eine Funktion einer von variiert, und anschließend wird ihre Summe gebildet.

der Zeit verschiedenen physikalischen Größe ist, z. B. Das heißt, bei Analogberechnung von Gleichung (3)

Lage, Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle, führt der zweite übliche Rechner die Berechnung von

Größe eines Magnetfelds usw., sind Gaschromato- 5 co

graphen, Röntgenstrahlmikroanalysatoren, magne- "V

tische Kernresonanzeinrichtungen, Massenspektro- m=-co

meter, Elektronenspinresonanzeinrichtungen, Spektro- für jeden Punkt η durch und nimmt anschließend eine

photometer, Spektrometer für UV-, sichtbares und in- Summation über η vor, während bei der ersten üblichen

frarotes Licht usw. Im letzteren Fall kann das Ablese- io Berechnung zunächst

signal z. B. eines optischen oder elektronischen Bildes, ^

das im Raum verteilt ist, als ein Signal verarbeitet 2j

werden, das eine Funktion der Zeit ist, und zwar durch «=—£

ein Abtastmeßverfahren, das für selbst aufzeichnende für jeden Punkt m gebildet wird.

Analysatoren verwendet wird. 15 Tatsächlich ist jedoch der zweite übliche Korre-

Sogar, wenn das Signal selbst wegen starken Rau- lationsanalogrechner gewissen Beschränkungen in be-

schens nicht diskriminiert werden kann, falls die An- zug auf die eben erläuterte Summation nach Glei-

zahl der Multiplikationen durch Faltung gleich N bei chung (3) unterlegen, die auf seinen Realzeitbetrieb

wiederholter Verwendung eines Meßwerts und falls zurückzuführen sind, d. h. das zeitabhängige Analog-

das Gewicht konstant ist, wird das Signal-Rausch- 20 signal I(t) einerseits und das zeitabhängige Gewichts-

Verhältnis proportional zu N verbessert, und die signal W(t) andererseits werden sofort nach ihrer Ent-

Signalkomponente wird aus der Rauschkomponente stehung in den Multiplizierer bzw. die Unterteilungs-

in gewissem Maße diskriminiert, obwohl dieser Fall einrichtung eingespeist. So ist die Bildung der Korre-

nicht immer vorliegt. lationsfunktion nur in einem verhältnismäßig kleinen

Es ist ferner ein zweiter üblicher Korrelations- 25 Abtastzeitintervall möglich. Es ist auch nicht möglich,

analogrechner gemäß der eingangs genannten Art be- dieses Abtastzeitintervall bedeutend zu erhöhen, da

kannt (vgl. N. D. D i am an ti de s: »A Multi- seine Dauer gleichzeitig den zeitlichen Abstand der

perpose Electronic Switch for Analog Computer Stützstellen für das Gewichtssignal bestimmt, so daß

Simulation and Autocorrelation Applications«, IRE nach dem Abtasttheorem mit zunehmendem Abtast-

Transactions on Electronic Computers, Dezember 30 zeitintervall die maximale Frequenz der Komponente

1956, S. 197 bis 202). des Gewichtssignals, die trotz der Abtastung noch

Bei diesem zweiten bekannten Korrelationsanalog- genau reproduziert werden kann, abnimmt [auf rechner wird die Unterteilungseinrichtung von elek- Gleichung (3) angewendet bedeutet das:
irischen Impulsen gesteuert, die bei einer ersten Ausführung (vgl. Fig. 14) dieses Rechners von einem 35 O*(t) = ΣΣ WQiAt₁)

Impulsgeber über einen Ringzähler von einem von -+TQnAt₂- ηAtJ δ (t - mA Q mit At₁^A t₂]. dessen Ausgängen kommen, die den Speicher steuern,

während sie bei einer zweiten Ausführung (vgl. Hinzu kommt, daß der Speicher wie erwähnt aus F i g. 16) von einem motorangetriebenen Drehschalter einer der Anzahl der Stützstellen der Korrelationsstammen, dessen Schaltarm mit konstanter Drehzahl 40 funktion entsprechenden größeren Anzahl von Speiumläuft, während ein ähnlicher zweiter Drehschalter chereinheiten besteht, in denen die in den einzelnen zwischen dem Multiplizierer und dem Speicher ge- Abtastzeitintervallen jeweils zeitlich entsprechend Heschaltet ist. Bei beiden Ausführungen hat der Speicher genden Produkte für alle Abtastzeitintervalle nachso viel Ausgänge, wie Stützstellen der Korrelations- einander zu Summen aufaddiert werden, insbesondere funktion vorhanden sind. Jeder dieser Ausgänge ist 45 in Form von als Integratoren geschalteten Operationsmit jeweils einer besonderen Einheit des Speichers ver- verstärkern (bei der zweiten Ausführung), so daß bunden, die für die betreffende Stützstelle der Korre- dieser Speicher bereits bei verhältnismäßig geringer lationsfunktion zeitlich entsprechend liegende Pro- Anzahl von Stützstellen der Korrelationsfunktion dukte von Gewichts- und zeitabhängigem Analogsignal ziemlich aufwendig ist.

für alle Abtastzeitintervalle nacheinander zu den 50 Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese geschil-

Summen aufaddiert, d.h. näherungsweise integriert. derten Mängel des zweiten bekannten Korrelations-

Wie bereits erwähnt wurde, besteht die erste übliche analogrechners zu überwinden, d. h., einerseits der Berechnung von Gleichung (1) durch den ersten üb- Dauer des Abtastzeitintervalls im Vergleich zum Zeitlichen Rechner darin, daß die Gleichung (2) nach- abstand zwischen den Stützstellen der Gewichtseinander für alle Punkte von η für jeden Wert von m 55 funktion keine Beschränkung aufzuerlegen und an- und anschließend die Gleichung (3) durch Variationen dererseits den Speicher bedeutend einfacher auszuvon m von — co bis + 00 berechnet wird. bilden, insbesondere im Hinblick auf eine große Anzahl

Im Gegensatz dazu wird bei sinngemäßer Anwen- von Stützstellen der Korrelationsfunktion,
dung des Prinzips gemäß der zweiten üblichen Be- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Speiserechnung Gleichung (3) berechnet, indem zuerst m von 60 einrichtung eine erste Bandspur in einem ersten Kanal — 00 bis + 00 für jeden Punkt von η variiert und an- und der Speicher eine zweite Bandspur in einem schließend die Summation über η vorgenommen wird. zweiten Kanal eines mindestens zwei Kanäle auf-Genauer gesagt, W(t) wird in η Punkte mit gleichen weisenden Analogdaten-Bandaufzeichnungsgeräts ist, Zeitintervallen At_x unterteilt. Während jeder Ab- daß die Unterteilungseinrichtung eine Speichereinrichtastung wird m nacheinander variiert, während ein 65 tung ist, daß in beiden Kanälen in Laufrichtung des Signal/(mZlia—η At₁) mit WQiAt₁), das gleich dem Bands jeweils der Wiedergabekopf in einem bestimmten Wert von W{t) an einem bestimmten Punkt ist, multi- Abstand d vor dem Aufzeichnungskopf angeordnet ist, pliziert und das Produkt im Speicher gespeichert wird. daß die Abtastzeitintervalle gleich der Wiedergabe-

Zeitdauer des auf der ersten Bandspur aufgezeichneten Analogsignale 7(0 sind, daß der erste Zeitabstand gleich dem zweiten Zeitabstand gleich dem Quotienten At — d/v mit ν als Bandlaufgeschwindigkeit ist, und daß ein Addierer mit seinen beiden Eingängen an den Ausgang des Multiplizierers bzw. den Wiedergabekopf des zweiten Kanals und mit seinem Ausgang an den Aufzeichnungskopf des zweiten Kanals angeschlossen ist, so daß bei der Summation die Produkte von Abtastzeitintervall zu Abtastzeitintervall um jeweils Δ t zeitlich verzögert auf der zweiten Spur gespeichert werden.

Vorteilhafterweise dient erfindungsgemäß das Magnetband also nicht nur zur Verzögerung, was für sich vom ersten üblichen Korrelationsänalogrechner bekannt ist, sondern auch zur Summation der in den einzelnen Abtastzeitintervallen jeweils zeitlich entsprechend liegenden Produkte für alle Abtastzeitintervalle. Durch den auf diese Weise ermöglichten Wegfall der Speichereinheiten zur Summation bzw. Integration wird eine bedeutende Vereinfachung erzielt. Dazu trägt auch bei, daß die Reihenfolge der Anordnung von Aufzeichnung- und Wiedergabekopf anders als bei dem ersten üblichen Korrelationsanalogrechner ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß an den Wiedergabekopf des zweiten Kanals eine Einrichtung zum Filtern und zur Empfindlichkeitseinstellung anschließbar ist.

Damit Rauschen und Drift, hervorgerufen durch nicht konstanten Bandverlauf, Änderung der Temperatur des Hauptteils des Analogdaten-Bandaufzeichnungsgeräts usw., kompensiert werden können, ist es zweckmäßig, daß das Analogdaten-Bahdaufzeichnungsgerät einen dritten und vierten Kanal mit einer dritten bzw. vierten Bandspur aufweist, daß im dritten und vierten Kanal jeweils der Wiedergabe- und Aufzeichnungskopf in derselben Reihenfolge wie beim ersten und zweiten Kanal angeordnet sind, daß auf der dritten Bandspur gleichzeitig mit der Aufnahme des Analogsignals IQ) auf der ersten Bandspur insbesondere ein Rausch- und Driftsignal des Bändaüfzeichnuhgsgeräts aufgenommen Wird, daß ein zweiter, dem ersten gleicher Multiplizierer und ein zweiter Addierer mit einem Negator an seinem ersten, mit dem zweiten Multiplizierer verbundenen Eingang zugeordnet sind dem dritten Kanal, daß der Ausgang des ersten Addierers an einen zweiten Eingang und der Wiedergabekopf des vierten Kanals an einen dritten Eingang des zweiten Addierers angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Aufzeichnungskopf des zweiten Kanals verbunden ist.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, daß die Äufzeichnungsköpfe des dritten und vierten Kanals mindestens vorübergehend geerdet sind.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung naher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Skizze zur Erläuterung der grundsätzlichen Arbeitsweise des Korrelationsanalogrechners gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein , Aüsführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Korrelätiohsanalogrechners mit einem Zweikanal-Analogdaten-Bändaufzeichnungsgerät und

F i g. 3 ein weiteres Aüsführungsbeispiel mit einem Viefkänal-Analogdaten-Bandaufzeichnungsgerät.

Die prinzipielle Arbeitsweise des Änälogkorrelationsreehners gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 abgebildet. Zur einfacheren Erläuterung ist das Gewichtssignäl eine Exponentalfunktion, während das zeitabhängige Analogsignal eine Sprungfunktion ist. Der Analogrechner gemäß der Erfindung berechnet die Gleichung (1) in der Form von Gleichung (3). Daher muß das Ausgangssignal in diesem Fall das Sprungverhalten eines Systems mit der obengenannten Gewichtsfunktion zeigen, d. h. eines in erster Ordnung verzögerten Elements.

Eine Sprungfunktion (!) mit einer Höhe α wird auf einer Spur eines zweispurigen Bands aufgezeichnet und

ίο beliebig oft ohne Löschung während der gesamten Meßzeit verwendet. Beim ersten Abtasten wird die Funktion (I) mit W(O) multipliziert und gleichzeitig auf einer zweiten Spur aufgezeichnet. Das ist 1 von (III). Beim zweiten Abtasten wird das Signal (I) der ersten Spur wieder benutzt und mit W(A t) multipliziert, um 2 von (III) zu werden. Dieses Signal wird um A t verzögert und zu dem abgelesenen Signal 1 von (III) addiert, das beim ersten Abtasten aufgezeichnet wurde, um auf der zweiten Spur unmittelbar nach dem gelöschten Signal 1 von (III) aufgezeichnet zu werden. Diese Operationen werden nacheinander wiederholt, und nach η + 1 Abtastungen ist die Amplitude für mAt,= ηAt des auf der zweiten Spür aufzuzeichnenden Signals, mit W(t) = e^-i,

aW(0) + aW(A t) + ... + aW(nAt)

— Tr-ft /1 0— \ti -I-1) A11 (Ai\

Durch »Schicken« von Gleichung (4) durch ein Filter und eine Empfindlichkeitseinstellung kann das Sprungverhalten

0(t) = a(l — e-*) (5)

erhalten werden.

Die Erfindung sieht vor, das eben beschriebene Rechenverfahren für elektronische, mechanische und alle anderen Analogrechner, bei denen das Rechenverfahren anwendbar ist, zu verwenden.

Die Erfindung schließt ein die Anwendung bei Analogrechnern zur Berechnung des Ausgangssignals eines Systems oder einer Faltung

O(t)= f W(t) I(t -τ) άτ,

+co

Wobei W(t) dem Impülsverhalteh des Systems und /(O dem Eingangssignal entspricht, und auch bei Analogrechnern zur Berechnung des gewichteten gleitenden Mittels eines Signals mit Rauschen, wobei /(O

dem Eingangssignal einschließlich Rauschen und W(i) dem Gewicht entspricht, wenn ein gleitendes Mittel des Eingangssignals /(/) gebildet wird, z. B. bei Analogrechnern zur Optimalisierung der Rechnung durch einen Funktionsgenerator mit symmetrischem Gewicht unter Verwendung einer symmetrischen Gewichtsfunktion als W(t).

Es soll jetzt ein Zweikanal-Analogbahdäufzeichnüngsgerät beschrieben werden, bei dem die Erfindung angewendet wird. Ein zu verarbeitendes Eingangs-

6ό signal wird von einer Signalquelle 18 in einen Aufzeichnungsverstärker 10 eingespeist, wo es verstärkt und dann durch einen Aufzeichnungskopf 6 auf einer ersten Spur 16 aufgezeichnet. Dieses Signal wird nicht gelöscht, sondern auf dem Band festgehalten, bis die ganze Berechnung beendet ist. Daher ist ein Löschkopf 5 des ersten Kanals während der Berechnung nicht in Betrieb.
Bei einem üblichen Bandgerät ist die Anordnung der

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Köpfe zu der Anordnung gemäß der Erfindung ent- Obwohl die obige Beschreibung nur für einen ein-

gegengesetzt, d. h., die Köpfe sind in der Reihenfolge fachen Fall gemäß F i g. 1 gedacht ist, kann die Glei-

Lösch-, Aufzeichnungs- und Wiedergabekopf in Rieh- chung (3) in der gleichen Reihenfolge von Operationen

tung des Bandverlaufs angeordnet. für alle Arten der Signale (I) und (II) in F i g. 1 be-

Die Berechnung beginnt mit dem Ablesen dieses 5 rechnet werden.

Signals durch einen Wiedergabekopf 4 des ersten Ka- Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei nals. Das Signal, das durch den Kopf 4 gelesen worden Faltung des Impulsverhaltens W(t) ^un(i des Eingangsist, wird über einen Wiedergabeverstärker 1 und eine signals I(t) das Impulsverhalten W(t) auf eine optimale Leitung 19 in einen Koeffizientenmultiplizierer und Funktion bezüglich des Verlaufs des Eingangssignals Phasengenerator 11 eingespeist, wo das Signal mit io I(t) festgelegt werden kann. Ein anderes Merkmal der einem Koeffizienten W(O) multipliziert, der der erste Erfindung besteht darin, daß die Köpfe des Band-Interpolationswert der Gewichtsfunktion W(t) ist, und auf Zeichnungsgeräts ortsfest sein können oder die gleichzeitig sein Vorzeichen bestimmt wird, und nach Länge des Bands zwischen den Köpfen einen festen Durchlaufen eines Addierers 12 und eines Aufzeich- Wert annehmen kann. Das beruht auf der Tatsache, nungsverstärkers 13 für den zweiten Kanal wird es 15 daß die Breite zwischen L und U konstant ist.
durch einen Aufzeichnungskopf 9 für den zweiten Im obigen Ausführungsbeispiel ist die Berechnung Kanal auf einer zweiten Spur 17 aufgezeichnet. Dieses durch Verwendung eines Zweikanal-Bandgeräts erSignal entspricht dem Signal 1 von (III) in F i g. 1. läutert worden. Wenn jedoch ein im Handel erhält-

Hierbei ist zu beachten, daß wegen des Abstands d liches Vierkanal-Bandgerät verwendet wird, können in Laufrichtung des Bandes, angezeigt durch einen 20 die übrigen beiden Kanäle gleichzeitig für die WiederPfeil, des Wiedergabekopfes 4 des ersten Kanals und gäbe und Aufzeichnung von Taktimpulsen verwendet des Aufzeichnungskopfes 9 des zweiten Kanals eine werden. ,
Zeitdifferenz dl ν = At zwischen dem Signal auf der Wie bereits beschrieben, ist. bei der Berechnung des Spur 16 und dem auf der Spur 17 aufgezeichneten gewichteten gleitenden Mittels die eine der beiden EinSignal auftritt, das das Signal auf der Spur 16 multi- 25 gangsfunktionen eine Gewichtsfunktion, während die pliziert mit dem Koeffizienten W(O) ist, wobei ν die andere das zu verarbeitende Signal ist. Die Erfindung Bandgeschwindigkeit ist. gibt auch einen Rechner zur Variation des zu ver-

Die zweite Abtastung beginnt an der Anfangsstelle arbeitenden Signalwerts m von, —00 bis +00 für jeden

des Bandes. Selbst wenn der Anfang des auf der Wert« der Gewichtsfunktion an. Da im allgemeinen

Spur 17 aufgezeichneten Signals zum Wiedergabe- 3° η < m ist, ist die Anzahl der Abtastungen kleiner als

kopf 7 des zweiten Kanals gelangt, tritt das Signal auf bei dem ersten üblichen Verfahren,

der ersten Spur zu diesem Zeitpunkt wegen der Zeit- Ein für die erste übliche Berechnung notwendiger

differenz Δ t nicht am Wiedergabekopf 4 auf, sondern Multiplizierer wird durch die Erfindung eingespart,

erst Δ t später. Das durch den Wiedergabekopf 7 des Da das Signal an η Punkten von W(t), das mit gleichen

zweiten Kanals gelesene Signal wird durch einen 35 Zeitintervallen Δ t unterteilt worden ist, abgelesen wird

Wiedergabeverstärker 2 verstärkt und über eine Lei- und ein anderes Signal

tung22, einen Schalter3 und eine Leitung21 in den K At — At)

Addierer 12 eingespeist, wo es zu dem Signal auf der > .

ersten Spur addiert wird, das durch den Kopf 4 ge- mit einem Koeffizient W(A i) multipliziert wird, kann

lesen, den Verstärker 1 verstärkt und mit dem zweiten 40 der Rechner gemäß der Erfindung diese Berechnung

Interpolationsgewicht J^(Zl/) durch den Koeffizient- unter Verwendung lediglich eines Koeffizientmulti-

multiplizierer und Phasennegator 11 multipliziert wor- plizierers vornehmen. Ferner verwendet der Rechner

den ist. Das Signal vom Koeffizientenmultiplizierer 11 gemäß der Erfindung einen Analogaddierer und -sub-

entspricht dem Signal 2 von (III) in F i g. 1. Daher ist trahierer und einen Speicher für nacheinander ab-

das Ausgangssignal des Addierers 12 die Summe der 45 getastete Ergebnisse an Stelle einer Vielzahl von Inte-

obenerwähnten beiden Signale, d. h. der Signale 1 und gratoren (des zweiten üblichen Rechners), wobei der

2 von (III) in F i g. 1. Diese Summe wird in den Kopf 9 Analogrechner gemäß der Erfindung weiter durch die

über den Aufzeichnungsverstärker 13 eingespeist und vorteilhafte Verwendung des gleichen Bandgeräts als

wieder auf dem Band unmittelbar nach Löschen des Speicher vereinfacht ist.

vorher aufgezeichneten Signals durch den Löschkopf 8 50 Im allgemeinen hat bei Analogoperationen die Drift

aufgezeichnet. Auf diese Weise wird die Summe der bei des Rechneis einen großen Einfluß auf die Genauigkeit

(III) in Fig. 1 abgebildeten Signale nacheinander auf der Operationen, weshalb die Konstanz des Band-

der zweiten Spur aufgezeichnet. Der Löschkopf 8 muß Vorlaufs wichtig ist, wenn ein Bandgerät als Speicher

während des Abtastens immer in Betrieb sein. verwendet wird. Da jedoch die Erfindung eine Daten-

Durch die obenerwähnte Operation wird das erste 55 speicherung vorsieht, die auf einer mehrfachen AbSignal der ersten Spur, das mit einem Koeffizienten bei tastung beruht, können die Ablesung des Eingangsjedem Abtasten multipliziert wird, auf der zweiten Spur signals I(t) bei jeder Abtastung und die Synchronimit aufeinanderfolgender Verzögerung von A t ge- sation der Zeitdifferenz A t genau durchgeführt werden, speichert. Im Beispiel von F i g. 1 wird das Signal (IV) Wie bereits erwähnt, besteht der Rechner gemäß der nach η + 1 Abtastungen auf der zweiten Spur ge- 60 Erfindung aus der Kombination eines Analogdatenspeichert. Nach Beendigung der gesamten Abtastung Bandaufzeichnungsgerätes als Speicher und einer wird der Schalter 3 umgelegt, und das auf der zweiten Analogoperationsschaltung mit einer Operations-Spur 17 gespeicherte Signal wird durch den Wieder- genauigkeit von etwa 5 ⁰J₀, so daß er einen Rechner dargabekopf7 abgelesen, durchläuft den Wiedergabe- stellt, der kleine Abmessungen^ hat und billig ist.
verstärker 2, die Leitung 22 und den Schalter 3 und 65 F i g. 3 zeigt ein Analogdaten-Aufzeichnungsgerät, wird in ein Filter und Empfindlichkeitseinsteller 14 das Rauschen und Drift, hervorgerufen durch nicht eingespeist, wo es normalisiert und schließlich vom konstanten Bandvorlauf, Änderung der Temperatur Aufzeichnungsgerät 15 aufgezeichnet wird. des Hauptteils des Bandgerätes usw., kompensieren

kann. Das Ausführungsbeispiel von F i g. 3 unterscheidet sich von dem in F i g. 2 darin, daß der Verstärker, die Spur usw. für den zweiten Kanal für einen dritten Kanal verwendet werden. Das Bandgerät von F i g. 3 hat einen dritten und einen vierten Kanal. Der Wiedergabe-, Lösch- und Aufzeichnungskopf des zweiten Kanals 30 haben die Bezugszeichen 24, 25 bzw. 26, während für den vierten Kanal 40 die Köpfe die Bezugszeichen 27, 28 bzw. 29 haben. Der Aufzeichnungskopf 26 des zweiten Kanals ist über eine Leitung 33 geerdet, wenn Daten von der Datenquelle 18 auf der ersten Spur 16 gespeichert werden. Der Löschkopf 25 des zweiten Kanals ist während der Messung außer Betrieb. Wenn Rauschen und Drift infolge nicht konstanten Bandvorlaufs, Änderung der Temperatur des Hauptteils des Bandgeräts usw. erzeugt werden, während ein zu verarbeitendes Eingangssignal von der Signalquelle 18 auf der Spur des ersten Kanals gespeichert wird, wird die Driftkomponente im zweiten Kanal synchron zur Aufzeichnung im ersten Kanal gespeichert. Daher muß diese Driftkomponente entfernt werden. Synchron mit dem Beginn des Ablesens durch den Wiedergabekopf des ersten Kanals wird die Driftkomponente durch den Wiedergabekopf des zweiten Kanals gelesen und nach Durchlaufen eines Aufnahmeverstärkers 31 für den zweiten Kanal, der die gleiche Charakteristik wie der Aufnahmeverstärker für den ersten Kanal hat, durchläuft es eine Leitung 34, einen Koeffizientmultiplizierer 41 zur Erzeugung der gleichen Gewichtsfunktion wie durch den Koeffizientmultiplizierer 11, und das zur Drift gehörende Signal wird durch einen Negator in einen Addierer 42 vorzeichenmäßig negiert und von einem Signal subtrahiert, das in den Addierer 42 von dem Addierer 12 über eine Leitung 36 eingespeist worden ist. Auch das Rauschen und die Drift infolge Nichtkonstanz des Bandvorlaufs, Änderung der Temperatur des Hauptteils des Bandgeräts usw. werden zum Zeitpunkt der Aufzeichnung in der Spur des dritten Kanals in der Spur des vierten Kanals ähnlich wie für den zweiten Kanal aufgezeichnet, und synchron mit dem Beginn der Wiedergabe des Signals im dritten Kanal wird die Driftkomponente gelesen und nach Durchlaufen eines Verstärkers 32 mit der gleichen Charakteristik wie der Verstärker 2 und einer Leitung 38 wird das zur Drift gehörende Signal vorzeichenmäßig durch den Negator im Addierer 42 wie im Falle des zweiten Kanals negiert und von dem in den Addierer 42 über die Leitung 36 eingespeisten Signal subtrahiert. Das Signal, dessen Driftkomponente beseitigt worden ist, wird vom Addierer 42 über eine Leitung 37 in den Aufzeichnungsverstärker 13 für den dritten Kanal eingespeist. Die Verstärker 31 und 32 können auch weggelassen werden. Da die Operationen des ersten und dritten Kanals ähnliche denen des Ausführungsbeispiels von F i g. 2 sind, sollen sie nicht beschrieben werden.

Durch die Erfindung wird die Genauigkeit der Berechnung des gleitenden Mittels eines Signals mit Rauschen stark verbessert, da die durch den Hauptteil des Aufzeichnungsgeräts hervorgerufene Driftkomponente vollständig kompensiert werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Korrelationsanalogrechner für die näherungsweise Berechnung der Korrelationsfunktion eines zeitabhängigen Analogsignals I{f) einerseits und eines zeitabhängigen Gewichtssignals W(t) andererseits an einer vorgegebenen ersten Anzahl von Stützstellen mit einem ersten konstanten Zeitabstand voneinander, mit einer Speiseeinrichtung zur Einspeisung des Analogsignals I(f), mit einer Unterteilungseinrichtung zur Unterteilung des Gewichtssignals W(t) an einer vorgegebenen zweiten Anzahl von Stützstellen mit einem zweiten konstanten Zeitabstand voneinander, mit einem Multiplizierer zur Bildung des Produkts aus jedem durch die Unterteilung des Gewichtssignals W(t) erhaltenen Wert und dem Analogsignal /(O während aufeinanderfolgender konstanter Abtastzeitintervalle, in denen jeweils alle Stützstellen der Korrelationsfunktionen liegen, wobei die in den einzelnen Abtastzeitintervallen jeweils zeitlich entsprechend liegenden Produkte für alle Abtastzeitintervalle nacheinander zu Summen aufaddiert werden, und mit einem Speicher zur Speicherung der Summen, so daß nach Durchlauf aller Abtastzeitintervalle die Summen die Werte der Korrelationsfunktion an deren Stützstellen ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseeinrichtung eine erste Bandspur (16) in einem ersten Kanal und der Speicher eine zweite Bandspur (17) in einem zweiten Kanal eines mindestens zwei Kanäle aufweisenden Analogdaten-Bandaufzeichnungsgeräts ist, daß die Unterteilungseinrichtung eine Speichereinrichtung ist, daß in beiden Kanälen in Laufrichtung (->) des Bands jeweils der Wiedergabekopf (4; 7) in einem bestimmten Abstand d vor dem Aufzeichnungskopf ](6; 9) angeordnet ist, daß die Abtastzeitintervalle gleich der Wiedergabezeitdauer des auf der ersten Bandspur (16) aufgezeichneten Analogsignals I{t) sind, daß der erste Zeitabstand gleich dem zweiten Zeitabstand gleich dem Quotienten At = d/v mit ν als Bandlaufgeschwindigkeit ist und daß ein Addierer (12) mit seinen beiden Eingängen an den Ausgang des Multiplizierers (11) bzw. den Wiedergabekopf (7) des zweiten Kanals und mit seinem Ausgang an den Aufzeichnungskopf (9) des zweiten Kanals angeschlossen ist, so daß bei der Summation die Produkte von Abtastzeitintervall zu Abtastzeitintervall um jeweils Δ t zeitlich verzögert [vgl. F i g. 1: (I) bis (IV)] auf der zweiten Spur (17) gespeichert werden (F i g. 2).

2. Korrelationsanalogrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wiedergabekopf (7) des zweiten Kanals eine Einrichtung (14) zum Filtern und zur Empfindlichkeitseinstellung anschließbar ist (F i g. 2).

3. Korrelationsanalogrechner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Analogdaten-Bandaufzeichnungsgerät einen dritten und einen vierten Kanal mit einer dritten bzw. vierten Bandspur (30, 40) aufweist, daß im dritten und vierten Kanal jeweils der Wiedergabe- und Aufzeichnungskopf (24,26; 27,29) in derselben Reihenfolge wie beim ersten und zweiten Kanal angeordnet sind, daß auf der dritten Bandspur (30) gleichzeitig mit der Aufnahme des Analogsignals /(i) auf der ersten Bandspur (16) insbesondere ein Rausch- und Driftsignal des Bandaufzeichnungsgeräts aufgenommen wird, daß ein zweiter, dem ersten gleicher Multiplizierer (41) und ein zweiter Addierer (42) mit einem Negator an seinem ersten, mit dem zweiten Multiplizierer verbundenen Eingang zugeordnet sind dem dritten Kanal, daß der Ausgang des ersten Addierers (12) Jan einen zweiten Eingang und der Wiedergabekopf (27) des

vierten Kanals an einen dritten Eingang des zweiten Addierers (42) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Aufzeichnungskopf (9) des zweiten Kanals verbunden ist (F i g. 3).

4. Korrelationsanalogrechner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsköpfe (26, 29) des dritten und vierten Kanals mindestens vorübergehend geerdet sind (F i g. 3).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen