DE2124222A1

DE2124222A1 - Korrelator und Verfahren zur Bestimmung der Korrelation zwischen zwei willkürlichen physikalischen Größen

Info

Publication number: DE2124222A1
Application number: DE19712124222
Authority: DE
Inventors: Daniel Grenoble; Max Jacques Saint Egreve; Paumard Alain Paris; Berthier (Frankreich). P
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1971-05-15
Publication date: 1971-12-09
Also published as: FR2100550A2; CH551663A; FR2100550B2; BE765519R; IT994016B; DE2124222B2; ES390506A2

Description

Dr. W. P. Radt

DipL-Ing.E.E Fmkener COMMISSARIAT A L¹MERGIE ATOMIQUE Dipl.-Ing. W. Ernesti

Patentanwälte PARIS (Frankreich)

463 Bochum

Heinrich-König-Straße 12 Fernsprecher 4IS 50, 4 23 27 Telegrammadresse: Radtpatent Bodium

71 131
WE/GN

Korrelator und Verfahren zur Bestimmung der Korrelation zwischen zwei willkürlichen physikalischen Größen, Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 15 4-9 603.-4-53)

Gegenstand des Patentes ... (Patentanmeldung P 15 4-9 603.4-53) ist ein Korrelator, insbesondere ein realzeitlich arbeitender Korrelator, mit zwei Eingängen für zwei analoge Spannungen T(t) und X(t), die zwei willkürlichen physikalischen Größen entsprechen, der im wesentlichen aus einer Wandlereinheit zur Umwandlung der Spannung T(t) in breitenmodulierte Impulse Y(t), einer Einheit zur Verzögerung der Impulse T(t) und η Umschaltern mit zwei Signaleingängen zur Multiplikation der verzögerten und nicht verzögerten Impulse besteht, wobei die Einheit zur Verzögerung als Schieberegister ausgebildet ist, das den Impulsen n-1 verschiedene, einer arithmetischen Reihe entsprechende Verzögerungen erteilt und an seinem Ausgang Impulse in einer Breite md als ganzes Vielfaches m des Kehrwertes d « l/Fr der Überführungsfrequenz Tr des Registers abgibt.

In dem Hauptpatent ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung der Korrelation zwischen zwei willkürlichen, in analoger Form verfügbaren Größen X und X in einem selbsttätig arbeitenden Korrelator, insbesondere einem realzeitlich arbeitenden Korrelator, mit folgenden Verfahrensschritten beschrieben:

a) die zu verzögernde willkürliche Größe Y wird in puls-

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— 2 —
breitenmodulierte Stichproben umgewandelt,

b) von jeder Stichprobe werden n-1 verzögerte Stichproben gebildet, die der Größe Y in den Zeitpunkten t-d , t-2d ... t-(n-l)d entsprechen,

c) die aufeinanderfolgenden Werte der anderen willkürli_ chen Größe X werden parallel mit der Folge von Stichproben, die die Größe X im Zeitpunkt t und n-1 verzögerte Stichprobenfolgen darstellen, multipliziert, indem die bereits breitenmodulierten Impulse in der Amplitude moduliert werden,

d) danach werden parallel die Mittelwerte der Oberflächen der doppelt modulierten Impulse·einer jeden Folge bestimmt und

e) schließlich werden die Mittelwerte angezeigt.

Bei der Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent liegt hinsichtlich der numerischen und der analogen Behandlung der Funtkionen Y(t) und I(t) ein Kompromiß vor, da nur die Größe Y in numerischer Form behandelt und die Größe X ' dagegen in analoger Form beibehalten wird.

Der im Hauptpatent beschriebene Korrelator mit zwei Eingängen für zwei analoge Spannungen Y(t) und X(t), die zwei willkürlichen physikalischen Größen entsprechen, enthält im einzelnen:

a) Eine Wandlereinheit zur Umwandlung einer ersten Spannung in breitenmodulierte Impulse;

b) Ein Schieberegister mit n-1 Stufen, von dem der Eingang der ersten Stufe mit dem Ausgang der Wandlereinheit verbunden ist-j?

1 0 9 a 5 0 / T 1 4 2

c) Einen Zeitgeber, der parallel an jede der Stufen des Schieberegisters Rechtecksignale mit der Frequenz Fr anlegt;

d) η Umschalter mit zwei Signaleingängen, von denen der erste eine zweite, an den anderen Eingang des Korrelators angelegte Spannung und der zweite Eingang den Kehrwert dieser Spannung empfängt. Die Umschalter sind ferner mit wenigstens einem Steuereingang versehen, wobei der Steuereingang des ersten Umschalters mit dem Ausgang der Wandler einheit verbunden ist und von dieser die nicht verzögerten Impulse erhält, während die Steuereingänge der anderen Umschalter mit den n-1 Ausgängen des Schieberegisters verbunden sind und von diesen die verzögerten Impulse empfangen. Die Umschalter besitzen ferner je einen Ausgang zur Übertragung der an die Eingänge angelegten Spannung entsprechendder Beaufschlagung des zugehörigen Steuereingangs;

e) η Tiefpässe, von denen jeder an einen Ausgang eines Umschalters angeschlossen ist;

f) Ein Umschaltorgan mit η Eingängen, von denen jeder mit je einem Ausgang eines Tiefpasses verbunden ist;

g) Mittel zur Anzeige, die mit dem Ausgang des vorgenannten Umschaltorgans verbunden sind.

Wenn mit h(t) die Impulse mit der Frequenz Fr für die Weiterschaltung des Schieberegisters bezeichnet werden, läßt sich die zu bestimmende Korrelationsfunktion Cm(t) durch folgende Beziehung darstellen:

. X(t) - CY(t) . X(t) J

Hierin bedeuten:

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f|T(t)|j die Folge der "breitenmodulierten Impulse,

die um den Wert % verzögerte Funktion JJ Y(t) || ,

Der waagerechte Strich, bezeichnet den zeitlichen Mittel wert und

der Stern gibt das Produkt· der Eonvolution an. Die wirkliche Korrelationsfunktion G(X) ist somit:

Daraus folgt:

ccr)

Es ergibt sich somit, daß die gemessene Korrelationsfunktion nicht genau die wirkliche Korrelationsfunktion ist, sondern der einer Filterung unterworfenen wirklichen Korrelationsfunktion entspricht.

Wenn dieser Filtereffekt, der die höheren Frequenzen des Spektrums abschwächt, auch in bestimmten Fällen vorteilhaft fc sein kann, so ist es doch nützlich, wenn man sich von diesem Effekt befreien kann. Die Ausschaltung dieses Effektes ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einem Korrelator nach dem Patent ... (Patentanmeldung P 15 4-9 603.4-53) gemäß der Erfindung darin, daß am Eingang Ex für die analoge Spannung Kt) eine durch die Impulse mit der Überführungsfrequenz Fr des Zeitgebers für die Steuerung des Schieberegisters synchron gesteuerte^Probenschalter angeschlossen ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung besteht der Proben-

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schalter aus einem Oberflächen-Feldeffekt-Transistor, dessen Katode mit dem Eingang Ex und dessen Gitter mit dem Zeitgeber verbunden ist, und einem mit der Anode des Transistors und Masse verbundenen Kondensator.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Ausgang des Probenschalters und den Signaleingängen der η Umschalter ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz angeordnet.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Bestimmung der Korrelation zwischen zwei willkürlichen, in analoger Form vorliegenden physikalischen Größen Y und X unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Korrelators vorgesehen, bei dem die zu verzögernde Größe Y in pulsbreitenmodu^ierte Stichproben umgewandelt wird, von jeder Stichprobe n-1 verzögerte Stichproben gebildet werden, die der Größe Y in den Zeitpunkten t-d , t-2d ... t-(n-l)d entsprechen, danach die aufeinanderfolgenden Werte der anderen Größe X parallel mit der Folge von Stichproben, die die Größe Y im Zeitpunkt t und n-1 verzögerte Stichprobenfolgen darstellen, multipliziert werden, indem die bereits breitenmodulierten Impulse in der Amplitude moduliert werden, hiernach parallel die Mittelwerte der Oberflächen der doppelt modulierten Impulse einer jeden Folge bestimmt werden und schließlich die Mittelwerte angezeigt werden,und bei dem gemäß der Erfindung von der Größe X Stichproben mit der Überführungsfrequenz

Fr » -3=—
do

gebildet werden.

Wenn man mitJjX(t)|| die in Proben zerlegte Funktion X(t) bezeichnet, ergibt sich unter den vorgenannten Bedingungen für die zu messende Korrelationsfunktion

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CmI(T) - ||T(t)|l_r . X(t)
oder mit:

)\γ _T - C(T)

und somit:

CmI (T) - C(T)

d.h., daß die gemessene Korrelatxonsfunktion genau der wirklichen Korrelationsfunktion entspricht.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes eines Korrelators näher erläutert.

Der Korrelator entspricht im wesentlichen dem Korrelator nach dem Hauptpatent mit dem Unterschied, daß am Eingang für die analoge Spannung X(t) ein Probenschalter angeschlossen ist, der durch die Signale mit der Frequenz Fr zur Steuerung des Schieberegisters synchronisiert wird. Im einzelnen enthält der Korrelator?

1. Eine Wandlereinheit 1 zur Umwandlung der an den Eingang Ey angelegten ersten Spannung T(t) in breitenmodulierte Impulse. Die Wandlereinheit 1 empfängt von einem Frequenzteiler 20, der an einen Zeitschalter 21 zur Lieferung von Impulsen mit der Frequenz Fr angeschlossen ist, Rechteck-

Te impulse mit der Periode Te und der Zeitdauer

2. Ein Schieberegister 2, von dem die erste der n-1 Stufen an ihrem Eingang mit dem .ausgang der Wandlereinheit 1 verbunden ist. Die von dem Zeitschalter 21 gelieferten Impulse mit der Frequenz Fr sind parallel an jede der n-1 Stufen

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für die Weitergabe der in ilmen enthaltenen Informationen angelegt.

3. Einen Prob ens ehalt er, der einerseits aus einem Oberflächen-Feldeffekt-Transistor 22 in n-Kanal-Schaltung und andererseits aus einem Kondensator 24 besteht. Der Transistor 22 ist mit seiner Katode oder Quelle mit dem Eingang Ex für die Spannung X(t) und mit seinem Gitter oder Tor mit dem Zeitgeber 21 für den Empfang der Signale mit der Frequenz Fr über eine Diode 23 verbunden. Der Kondensator 24 liegt zwischen Masse und der Anode oder Senke des Transistors 22. An den Probenschalter ist ein Operationsverstärker 25 mit hoher Eingangsimpedanz angeschlossen, so daß der Kondensator 24 sich über diesen Verstärker nicht entladen kann.

4. η Umschalter 6 mit zwei Signaleingängen 7a und 7b, von denen der erste direkt und der zweite über eine Umkehrvorrichtung 17 an den Operationsverstärker 25 angeschlossen ist, und einem Steuereingang 8. Der Steuereingang 8 des ersten Umschalters - in bezug auf die Darstellung in der Zeichnung von links gesehen - ist mit dem Ausgang der Wandlereinheit 1 verbunden und empfängt von dieser die nicht verzögerten Impulse T(t), während die Steuereingänge 8 der anderen Umschalter mit den n-1 Ausgängen des Schieberegisters 2 verbunden sind und von diesen die verzögerten Impulse

T(t - d₀) bis YJt-(n-l)d₀J

erhalten.

Die Umschalter 6 besitzen ferner je einen Ausgang 9 zur Übertragung der an die Eingänge 7a und Tb angelegten Spannungen entsprechend der Beaufschlagung des zugehörigen StBuereingangs 8.

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5. η Tiefpässe 10, von denen jeder an einen Ausgang 9 eines Umschalters 6 angeschlossen ist. Die Tiefpässe 10 bestehen aus einem Reihenwiderstand 10a und einem Parellkondensator 10b.

6. Ein elektronisches Umsehaltorgan 12, z.B. mit Feldeffekt, dessen η Eingänge jeweils mit dem Ausgang 14 eines Tiefpasses 10 verbunden sind.

ψ 7· Eine Anzeige einheit 11, und zwar entweder ein Oszillograph oder ein Registriergerät, die mit dem Ausgang 15 des elektronischen Umschaltorgans 12 verbunden ist.

Der Korrelator der vorliegenden Erfindung stimmt in seiner Funktion mit dem Korrelator nach dem Hauptpatent üb er ein mit dem einzigen Unterschied, daß die Eingänge 7a "und 7"b jedes Umschalters 6 die Spannung X(t) nicht in analoger Form, sondern in Abhängigkeit von der Punktion des Probenschalters in Form von Proben mit der Frequenz Fr erhalten. Der Transistor (MOSFET) 22 ist für die am Eingang Ex angelegte Spannung X(t) während der kurzen Momente der Synchronisierung mit dem Zeitgeber 21 leitend. Der Kondensator 24- lädt sich jedesmal in diesem Moment auf den Wert von X(t) auf und behält diesen Wert ,bis der Transistor 22 erneut leitend ist.

Patentansprüche

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Claims

- 9 - Pat entansprüche

Korrelator, insbesondere realzeitlich arbeitender Korrelator, mit zwei Eingängen für zwei analoge Spannungen r(t) und X(t), die zwei willkürlichen physikalischen Größen entsprechen, der im wesentlichen aus einer Wandlereinheit zur Umwandlung der Spannung Y(t) in breitenmodulierte Impulse T(t), einer Einheit zur Verzögerung der Impulse T(t) und η Umschaltern mit zwei Signaleingängen zur Multiplikation der verzögerten und nicht verzögerten Impulse besteht, wobei die Einheit zur Verzögerung als Schieberegister ausgebildet ist, das den Impulsen n-1 verschiedene, einer arithmetischen Reihe entsprechende Verzögerungen erteilt und an seinem Ausgang Impulse in einer Breite md_Q als ganzes Vielfaches m des Kehrwertes d » l/Fr der Überführungsfrequenz Pr des Registers abgibt, nach Patent ... (Patentanmeldung P 15 49 603.4-53), dadurch gekennzeichnet , daß am Eingang Ex für die analoge Spannung X(t) eine durch die Impulse mit der Überführungsfrequenz Fr des Zeitgebers (21) für die Steuerung des Schieberegisters (2) synchron gesteuerter Probenschalter (22,24) angeschlossen ist.
2. Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenschalter (22,24) aus einem Oberflächen-Feldeffekt-Transistor (22), dessen Katode mit dem Eingang Ex und dessen Gitter mit dem Zeitgeber (21) verbunden ist, und einem mit der Anode des Transistors (22) und Masse verbundenen Kondensator (24) besteht.
3. Korrelator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Probenschalters (22,24) und den Signaleingängen (7a,7b) der η Umschalter (6) ein Verstärker (25) mit hoher Eingangsimpedanz angeordnet ist.

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- ίο -
4. Verfahren zur Bestimmung der Korrelation zwischen zwei willkürlichen, in analoger Form vorliegenden physikalischen Größen Y und X unter Verwendung eines Korrelators nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem die zu verzögernde Größe Y in pulsbreitenmodulierte Stichproben umgewandelt wird, von jeder Stichprobe n-1 verzögerte Stichproben gebildet werden, die der Größe Y in den Zeitpunkten t-d_Q, t-2d ... t-(n-l)d entsprachen, danach die aufeinanderfolgenden Werte der anderen Größe X parallel mit der Folge von Stichproben, die die Größe Y im Zeitpunkt t und n-1 verzögerte Stichprobenfolgen darstellen, multipliziert werden, indem die bereits breitenmodulierten Impulse in der Amplitude moduliert werden, hiernach parallel die Mittelwerte der Oberflächen der doppelt modulierten Impulse einer jeden Folge bestimmt werden und schließlich die Mittelwerte angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß von der Größe X Stichproben mit der Überführungsfrequenz

Fr - -Ä-d₀

gebildet werden.

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