DE2752062A1

DE2752062A1 - Programmierbarer binaerkorrelator

Info

Publication number: DE2752062A1
Application number: DE19772752062
Authority: DE
Inventors: Kurt-Volker Dipl I Hechtenberg
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1979-05-23
Also published as: US4255795A; GB2008823A; FR2409553B1; DE2752062C2; GB2008823B; FR2409553A1

Description

Programmierbarer Binärkorrelator

Die Erfindung betrifft einen programmierbaren, mit einstelligen digitalen Tastungen arbeitenden Binärkorrelator.

Korrelatoren, welche mit einstelligen, digitalen Tastungen arbeiten, sind bekannt. Ihre Verwendung hat besonders in der Nachrichten- und Meßtechnik Bedeutung erlangt und ferner überall dort, wo im weitesten Sinne ein wellenförmiges Signal mit einem weiteren wellenförmigen Signal verglichen werden soll.

Korreliert man beispielsweise die hartbegrenzte Signalfolge eines ausgesendeten Schallsignals mit der des Echos, so kann man aus der Verschiebezeit der beiden Signalfolgen auf die zurückgelegte Entfernung der Schallwellen bis zu deren Reflektion schließen. Daneben ist die Anwendbarkeit als angepaßtes Filter, Signalwiedererkennung, Mustererkennung usw. Stand der Technik.

Aus der DT-AS 26 49 081 ist eine Entfernungsmeßeinrichtung bekannt geworden, in welcher abzuwertende Echosignale unter Anwendung der Korrelationstechnik verarbeitet werden.

Der dort verwendete Korrelator ist der US-PS 3 786 405 entnommen und besteht im wesentlichen aus auch in der DT-AS 2 028 beschriebenen Bauteilen. Diese sind zunächst ein Taster, welcher d^s von einem Begrenzer gelieferte Signal mit ver-

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hältnismäßig hoher Tastgeschwindigkeit tastet und ein Schalter (Torschaltglied), welcher auf der Leitung vom Taster anstehende Signale in eine erste oder zweite Zeit-Kompressionsschaltung eingibt. Die Zeit-Kompressionsschaltungen weisen einen Zwei-Stellung-Schalter auf, der in Abhängigkeit von dem Signal einer Zeitsteuereinrichtung ein nachfolgendes Schieberegister entweder zum Einschreiben eines Signals mit dem Taster verbindet, oder aber die Ausgangsleitung des Registers an dessen Eingang legt, so daß aus dem Register austretende Bits im Kreis herumgeschoben werden.

Der Ausgang des Registers ist daneben auf einen Koinzidenzdetektor geschaltet, welcher bei Übereinstimmung von Bits ein logisch hohes Signal, bzw. bei Nichtübereinstimmung ein logisch niedriges Signal erzeugt und an einen Integrator abgibt.

Wesentlich ist bei diesem Korrelator, daß ein Schieberegister um ein Bit kürzer als das andere ist, so daß die umlaufenden Signalfolgen pro Umlauf relativ um ein Bit zueinander verschoben werden.

Korrelatoren der geschilderten Art weisen einerseits Register mit fester Länge auf, eine Anpassung auf unterschiedliche Signalfolgen ist somit nur möglich, wenn man verschiedene Korrelatoren verwendet. Andererseits können nicht lediglich bestimmte Bereiche aus den Registern selektiert und korreliert werden, da immer nur der gesamte Inhalt ausgewertet werden kann. Auch die Verschiebezeit durch die Register ist fest vorgewählt, so daß sich eine relativ niedrige Einsatzbeweglichkeit einstellt. Mehrdimensionale Korrelation ist mit den bekannten Korrelatoren wirtschaftlich sinnvoll unmöglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Korrelationseinrichtung für die Verwendung in der Signaltechnik anzugeben, welche die inneren

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Parameter, wie etwa genutzte Registerlänge, Verschiebezeit, Abtastfrequenz frei wählbar macht und die Erweiterung auch auf mehrdimensionale Korrelation zuläßt.

Diese Einrichtung ist dadurch geschaffen, daß eingangsseitigen Komparatoren je ein Speicher nachgeschaltet ist und daß die Speicher mit ersten programmierbaren Zählern verbunden sind, welche ihrerseits über ein Steuerteil mit weiteren Zählern und mit diesen mit einer Programmiereinheit korrespondieren, daß ein Taktgenerator über Befehle aus der Programmiereinheit das Steuerteil taktet, daß das Steuerteil einen einem Koinzidenzprüfer nachgeschalteten Zähler aktiviert und daß die Speicher ausgangsseitig mit dem Koinzidenzprüfer verbunden sind.

Um neben den am Zähler abnehmbaren Korrelationswerten auch die Verschiebungsparameter, wie sie beispielshaft in der Aufgabenstellung genannt sind, registrieren zu können, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwischen dem dem ersten Speicher zugeordneten Zähler und einem weiteren Zähler diese Parameter abgreifbar sind.

Zweidimensionale Korrelation mit dem Korrelator wird auf einfache Weise dadurch ermöglicht, daß zweidimensionale Signale durch Aneinanderfügen der Zeilen oder Spalten in eindimensionale Signale zurückgeführt werden. Wegen der größeren Komplexität der Aufgabe lohnt sich der Einsatz eines Mikroprozessors als Programmiereinheit.

In weiteren Bereichen der Anwendung des Korrelators ist es auch möglich, analoge Signale zu korrelieren. Hierzu ist vorteilhaft vorgesehen, erfindungsgemäße Korrelatoren parallel zu schalten, sowie eingangsseitig Komparatoren mit unterschied-

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lichen Schwellen zu verwenden und ausgangsseitig einen die Ausgangssignale der einzelnen Korrelatoren aufsummierende Addierer einzusetzen.

Der Vorteil des programmierbaren Binärkorrelators wird vor allem darin gesehen, daß es möglich ist, die wesentlichen Parameter von Fall zu Fall frei wählen zu können, mithin eine einfache Optimierung vornehmen zu können. Daraus folgt eine maximale Einsatzflexibilität. Auch bei Verwendung als Analogkorrelator bleibt es infolge der Parallelschaltung bei der Korrelationszeit wie für eine einfache Binärkorrelation. Damit können beispielsweise vordigitalisierte Bilder rasch und zuverlässig mit digitalisierten Wärmebildern von Objekten, wie etwa Panzern oder dgl. korreliert und erkannt werden.

Gegenüber bekannten Korrelatoren ist ebenfalls von besonderem Vorteil, daß sowohl positive als auch negative Laufzeitverschiebungen aufgefaßt und verarbeitet werden können.

Zur besseren Verdeutlichung des Patentbegehrens sind nachfolgende Figuren und deren nähere Erläuterung vorgesehen. Es zeigen:

Fig. 1 einen programmierbaren Binärkorrelator;

Fig. 2,3a, verschiedene Zählerstände;
3b,3c, 4

Fig. 5 einen Analog-Korrelator;
Fig. 6 eine Korrelationsausführung.

Gemäß Fig. 1 besteht der Korrelator A im wesentlichen aus Komparatoren 1, 2, Speichern 5, 6, programmierbaren Zählern 7, 8, 9, 10, welche auch die Adressenansteuerung wahrnehmen, einer Pro-

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grammiereinheit 13, Taktgenerator 12, Steuerteil 11, einem Koinzidenzprüfer 3 und einem Zähler 4.

Im Zusammenhang mit den Figuren 2, 3, 4 soll nun die Funktionsweise näher erläutert werden.

Durch den Startbefehl werden die Zähler auf den gewählten Zählerstand der Programmier-Einheit 13 gesetzt:

Zähler 8 auf φ (Null) Zähler 7 auf η = Registerlänge Zähler Io auf d = Max. Verschiebung Zähler 9 auf 2d Zähler 4 auf φ

Es folgt der Einschreibzyklus. Die Analogsignale a(t) bzw. b(t) werden in den Komparatoren 1^2 mit ein Bit digitalisiert und als Binärfolge dem Speicher 6 bzw. 5 zugeführt. Der Steuerteil 11 taktet die Zähler Io und Zähler 8 mit der gewählten Taktfrequenz. Der Zähler 8 ermöglicht das Einschreiben des digitalisierten Signals a(t) in den Speicher 6 von Adresse 0 bis 2 d + n. Der Zähler 10 zählt von d bis φ und gibt bei seinem Nulldurchgang den Takt auf den Zähler 7.

Der Zähler 7 ermöglicht dann das Einschreiben des Signals b(t) in Speicher 5 von Speicherplatz η bis 0. Beim Nulldurchgang des Zählers 7 wird sein Takt wieder auf den Zähler 10 gelegt, der dann wieder von d bis φ zählt. Bei seinem Nulldurchgang wird der Einschreibvorgang beendet. Zu diesem Zeitpunkt (siehe Fig. 2) stehen im Speicher 5 η Bit mit der Vorzeicheninformation aus dem Signal b(t) und im Speicher 8 n+2d Bit mit der Vorzeicheninformation aus dem Signal a(t). Mit dem zusätzlichen 2d Bit kann eine mögliche relative Zeitverschiebung ΐ der beiden Informationen aufgefangen werden.

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Um das Maß der Ähnlichkeit in Abhängigkeit von der Verschiebung Z festzustellen, beginnt jetzt der Rechenzyklus, der mit größtmöglicher Taktfrequenz durchgeführt werden kann. Zu Beginn des Rechenzyklus werden die Zähler wie folgt gesetzt:

Zähler 8 auf η
Zähler 7 auf 2d
Zähler 9 auf 2d
Zähler Io auf φ
Zähler 4 auf φ

Der Steuerteil taktet die Zähler 8 und 7. Die Zählerausgänge aktivieren die entsprechenden Speicherplätze in Speicher 5 und 6. Die beiden aufgerufenen Bits werden dann in den Vergleichern 3, beispielsweise einem Ex-NOR-Gatter, verglichen. Bei Übereinstimmung wird der Zähler 4 um 1 erhöht. Nach η Takten ist der Zähler 5 auf Null gelaufen. Es sind dann η Vergleiche erfolgt und es steht in Zähler 4 der erste Korrelationswert für -A^ max (siehe Abb. 3a).

Durch den Nulldurchgang von Zähler 5 wird der Zähler 9 um

eins erniedrigt, der Zähler 8 auf den Zählerstand vor Zähler

2d-l, Zähler 8 wieder auf η und Zähler 4 wieder auf Null gesetzt.

Anschließend beginnt die nächste Berechnung des Korrelationswertes für - &f max + 1 usw.

Die Information in Speicher 5 (η-Bit) wird somit bitweise mit der Information in Speicher 6 verglichen und nach η Vergleichen um ein Bit relativ verschoben und dies 2d-mal (siehe Fig.3a,3b.3c).

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3 C 9 8 2 1 / 0 3 7 8

Dadurch erhält man die gesamte Korrelationsfunktion der beiden Binärfolgen sgn (a(t)) und sgn (b(t)) von - &% max bis +^ma (|a^ [max » d).

Nach dem Rechenzyklus kann wieder ein neuer Einschreibzyklus beginnen.

Anhand der Fig. 5, 6 soll nun die Korrelation analoger Signale mittels parallelgeschalteter Binärkorrelatoren erläutert werden.

Die Amplitudeninformation der normierten Signale wird erhalten, indem man die Eingangssignale nach Schwellwertvergleich mehreren parallelgeschalteten gleichartigen Binärkorrelatoren zuführt. Dabei sind die Schwellen der Komparatoren l.l...n.2 unterschiedlich (siehe Fig. 6), so daß für jede Amplitudenstufe eine binäre Korrelation durchgeführt wird. Das heißt für b-Amplitudenstufen werden b-Binärkorrelatoren benutzt. Die Ausgangssignale der einzelnen Korrelatoren werden dann alle aufsummiert, um das Gesamtmaß für die Güte der Übereinstimmung der beiden Signale zu erhalten.

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Leerseite

Claims

Pa teritansprüche

Programmierbarer, mit einstelligen digitalen Tastungen arbeitender Binärkorrelator, dadurch gekennzeichnet , daß eincjangsseitigen Komparatoren
(1,2) je ein Speicher (5,6) iwichgeschaltet ist und daß die Speicher (5,6) mit ersten programmierbaren Zahlern (7,8) verbunden sind, welche ihrerseits über ein Steuerteil (I¹) mit weiteren Zählern (9,io) und mit diesen
mit einer Programmiereinheit (13) korrespondieren, daß ein Taktgenerator (12) über Befehle aus der Programmiereinheit (13) das Steuerteil taktet, daß das Steuerteil

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¹U) <) Π ? 1 / Π 3 7 8

ORIGINAL INSPECTED

2 7 5 ? O 6 2

(11) einen einem Koinzidenzprüfer (3) nachgeschalteten Zähler (4) aktiviert und daß die Speicher (5,6) ausgangsseitig mit dem Koinzidenzprüfer (3) verbunden sind.
2. Programmierbarer Binärkorrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Zähler i8) und dem Zähler'- 9) Verschiebungsparameter abgreif bar sind.
3. Programmierbarer Binärkorrelator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Programmiereinheit (13) ein Mikroprozessor ist.
4. Analoger Korrelator ausgehend von Binarkorrelatoren der in Anspruch 1 bis 3 beanspruchten Art, dadurch gekennzeichnet , daß beliebig viele Binärkorrelatoren (A....A ) parallelgeschaltet sind, daß die Binärkorrelatoren eingangseitig mit unterschiedliche Schwellen aufweisenden Komparatoren (1.1...1.2) ausgestattet sind und daß ausgangsseitig ein die Ausgangssignale aller Binärkorrelatoren aufsummierender Addierer (2o) vorgesehen ist.

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0 ^f* B ? 1 / η Ί 7 B