SU1113806A1 - Цифровой коррелометр - Google Patents

Abstract

ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные ВХОДЫ которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей и ЯВЛЯЮТСЯ соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножени , управл ющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным ВХОДОМ первого триггера и подключены к ВЫХОДУ первого элемента И, управл ющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножени  подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к ВЫХОДУ блока пам тиj ВХОД которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока пам ти  вл етс  ВЫХОДОМ коррел ционной функции коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и ЯВЛЯЮТСЯ ВХОДОМ начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к ВЫХОДУ генератора тактовых импульсов, ВЫХОД первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным 1входом второго триггера, g ВЫХОД которого соединен с вторым ВХОДОМ второго элемента И, разр дные ВЫХОДЫ третьего счетчика запуска группы, соединены с первой группой ВХОДОВ блока сравнени , втора  группа ВХОДОВ которого соединена соотс с ветственно с выходами переключателей группы, ВХОДЫ которых ЯВЛЯЮТСЯ СООТвет .ственно входами задани  кодов пересчета коррелометра, выход блока :о сравнени  соединен с входами начальной установки счетчиков запуска групI30 пы и ЯВЛЯЮТСЯ ВЫХОДОМ конца цикла li коррелометра, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности работы коррелометра, в него введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел , ВХОД запуска которого подключен к ВЫХОДУ блока сравнени , a разр дные ВЫХОДЫ генератора псевдослучайных соединены с первой группой ВХОДОВ ВТОРОГО сумматора, втора  группа ВХОДОВ которого подключена соответственно к разр дным выходам

Description

третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые входы которых  вл ютс  входом управлени 

записи информации коррйле мйтра, РЫходы элементов И-НЕ группы соединены соответствен1о с группой информационных входов первого счетчика запуска группы.

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и пред назначено дл  оперативного определе ни  коррел ционных функций (КФ) выс кочастотных случайных процессов. Известны многоканальные цифровые коррелометры, использующие дл  опре делени  КФ высокочастотных .случайны процессов некоррелированную выборку например коррелометр, содержащий аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с регистрами сомножителей, блок умножени , сумматор, блок пам  и блок синхронизации l. Недостатком устройства при обработке высокочастотных процессов  вл етс  возможность по влени  погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составл  ющими, так как выборка пар отсчетов с одинаковым временным сдвигом производитс  с посто нным шагом . где максимальный интервал коррел ции/ TQ - длительность такта вычислений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  коррелометр, содержащий АЦП, блок умножени , сумматор, блок пам ти, генератор тактовых импульсов и схему пуска f2. Недостаток устройства - выборка с посто нным шагом, в данном случае равным длительности цикла вычислений что приводит к погрешности синхронности при обработке процессов с периодическими составл ющими. Цель изобретени  - повышение точ ности за счет уменьшени  погрешност синхронности. Указанна  цель достигаетс  тем, что в цифровойкоррелометр, содержащий первый и второй аналого-цифровые преобразователи, информационные входы которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобра-зователей и  вл ютс  соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналогоцифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножени , управл ющие входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным входом первого триггера и подключены к выходу первого элемента И, управл ющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножени  подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока пам ти, вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока пам ти ; . /  вл етс  выходом коррел ционной функции .коррелометра, нулевые входы первого и второго триггеров объединены и  вл ютс  входом начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом

второго элемента И, разр дные выходы третьего счетчика запуска группы соединены с первой группой входов блока сравнени , втора  группа вх дов которого соединена соответственно с выходами переключателей группы, входы которых  вл ютс  соотв тственно входами задани  кодов пересчета коррелометра, выход блока сравнени  соединен с входами начальной установки счетчиков запуска группы и  вл ютс  выходом конца цикла коррелометра , введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход которого подключен к выходу блока сравнени , а разр дные выходы генератора псевдослучайных чисел соединены с первой группой входов второго сумматора, втора  группа входов которого подклю чена соответственно к разр дным выходам третьего счетчика запуска группы , выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые входы которых  вл ютс  входом управлени  записи информации коррелометра выходы элементов И-НЕ группы соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика запуска группы.

На фиг. 1 приведена блок-схема коррелометра; на фиг. 2 - блок-схема генератора псевдослучайных сигналов; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы устройства.

Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 1-4, блок 5 умножени , первый сумматор 6, блок 7 пам ти, группу 8 счетчиков запуска, состо щую из первого 9, второго 10 и третьего 11 счетчиков запуска, первый 12 и второй 13 триггеры , первый 14 и второй 15 элементы И, генератор 16 тактовых импульсов (ГТИ), вход начальной установки коррелометра 17, группу элементов И-НЕ , 18, второй сумматор 19, блок 20 сравнени , генератор 21 псевдослучайных чисел (ГПСЧ), группу 22 переключателей , выход конца цикла 23 коррелометра .

На фиг. 2 изображена функциональна  схема ГПСЧ 21, состо ща  из сдвигающих регистров 25 и 26 с обратной св зью, содержащей сумматор по модулю два (два элемента НЕ 28 и 29 и схему И-ИЛИ-НЕ 27).

На фиг. 3 изображены временные диаграммы запуска АЦП 1-4, при этом ,пуск начального частного цикла АЦП 1,2 изображен на Фиг. За, а со сдвигом АЦП 3,4 на фиг. 36 (генератор псевдослучайных чисел не включен).

На фиг. 4 из« бражены временные диаграммы запуск АЦП 1-4 с включенным ГПСЧ; на фиг. ц - запуск АЦП 1,2 - в начале частного цикла; на фиг. 46 - запуск АЦП 3,4 со сдвигом

Информационные входы перва го 1 и второго 2, третьего 3 и четвертого 4 АЦП попарно соединены и  вл ютс первым и вторым входами коррелометра соответственно. Выходы АЦП 1-4 соединены с входами блока 5 умножени , выход которого соединен с первым входом первого сумматора 6. Выход блока 7 пам ти соединен с вторым вхо дом первого сумматора 6, а вход - с выходом первого сумматора 6. Управл ющие входы АЦПо 1 и 2 соединены с единичным входом триггера 12 и подключены к выходу первого элемента И 14. Управл ющие входы АЦП 3 и 4 объединены и подключены к выходу второго элемента И 15. Нулевые входы первого 12 и второго 13 триггеров объединены и  вл ютс  входом начальной установки коррелометров, выход первого триггера 12 соединен с первым входом первого элемента И 14. Вход элемента И 14 подсоединен к счетному входу первого счетчика 9 запуска группы 8, выход которого подключен к другому входу второго элемента И 15 и к счетному входу второго счетчика 10 запуска группы. Выход счетчика 10 запуска группы подключен к единичному входу второго триггера 13 и счетному входу третьег счетчика 11 запуска группы. Разр дны выходы третьего счетчика 11 запуска группы соединены с первыми входами второго сумматора 19 через шину 24 и первой группой входов блока 20 сравнени , втора  группа входов которого подключена к выходам группы 22 переключателей. Выход блока 20 сравнени  подключенк входам начальной установки счетчиков запуска группы 8 и  вл етс  выходом конца цикла коррелометра , а также подключен к входу запуска ГПСЧ 21, разр дные выходы которого подключены к второй группе входов второго сумматора 19, входы которого подключены к первым входам группы элементов И-НЕ 18, вторые входы которых  вл ютс  входом управлени  записи информации коррелометра Выходы группы элементов И-НЕ соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика 9 запуска группы. С помощью группы 22 переключателе задаютс  коды в виде высоких и низки потенциальных уровней. Перва  группа 9 разр дов многоразр дного счетчика производит пересчет тактовых импульсов , поступающих о-т генератора 16, на величину q, определ емую отношением времени Т, обработки сомножителей (в течение каждого такта вычислений ) к шагу задержки дС. Втора  группа разр дов 10 счетчика 8 производит пересчет импульсов, поступающих на нее из первой группы 9, на величину т. Произведение , где m - число определ емых ординат КФ. . Блок 20 сравнени  кодов сравнивает коды, поступающие на него с разр дных выходов третьего счетчика 11 запуска группы 8 и с группы 22 переключателей. Перед начашом работы в группе 22 переключателей устанавливаетс  число q, равное коэдхЬициент пересчета первого счетчика 9 запуска группы 8. После того как в третий счетчик 11 запуска группы 8 поступит из второго счетчика 10 запуска qm импульсов, блок 20 сравнени  вырабатывает команду Конец цикла, котора обнул ет счетчики запуска группы 8. Таким образом, коэффициент пересчета третьего счетчика 11 запуска получаетс  равным q. ГПСЧ 21 построен по традиционной схеме на основе регистров сдвига 25 н 26 с обратной св зью, содержащей сумматор по модулю два 27,, 28-, 29. Разр дность чисел, формируемых ГПСЧ 21, равна разр дности числа q. Состо  ние регистра сдвига мен етс  по команде Конец цикла 23, поступающе с выхода блока 20. Второй сумматор 19 суммирует коды

чисел, поступающих на него с третьей группы разр дов 11 многор дгого счетчика 8 и с ГПСЧ 21. Сумма с выхода второго сумматора 19 подаетс  на группу элементов И-НЕ 18, с выходов которого по команде, поступающей на второй вход группы элементов И-НЕ 18, заноситс  в обратном коде в первый

код, обратный нулевому. В начале первого частного цикла по команде Установить О (начало частного цикла ) триггеры 12 и 13 устанавливаютс  в нуль, при этом на элементы И 14 и 15 подаетс  разрешающий потенциал. Затем на соответствующий вход элементам 1 и счетный вход первого счетчика 9 счетчик 9 запуска группы 8 в начале каждого частного цикла вычислений. Пор док вычислени  КФ обрабатываемых процессов циклический. Каждый цикл вычислений состоит из m тактов, во врем  которых вычисл ютс  произведени  отсчетов с определенным временным сдвигом. Всего за цикл вычисл етс  полный набор произведений дл  всех значений временного сдвига. Полученные произведени  добавл ютс  в блоке 7 пам ти к частичньт суммам произведений с соответствующими временными сдвигами, полученными в предыдущих циклах вычислений. Перед началом работы определ етс  параметр алгоритма вычислений, равный ближайшему верхнему двоичному числу от отношени  Число вводитс  в группу 22 переключателей. Коэффициенты первого пересчета и второго 10 счетчиков запуска группы 8 устанавливаютс  равными q и m соответственно. Процесс определени  в течение цикла вычислений состоит из q частных циклов. В течение каждого частного цикла АЦП. 1,2 запускаетс  с выхода первого элемента И 14 один раз (в начале частного цикла). АЦП 3,4 запускаетс  m раз с интервалом выхода второго элемента И 15. Работу коррелометра в течение -го цикла вычислений удобно рассмотреть сначала дл  случа , когда генератор 21 псевдослучайных чисел отключен (см. фиг. За,б) от второго сумматора 19 и на выходе сумматора 19 Повтор етс  число, наход щеес  в третьем счетчике 11запуска группы В, Временные диаграммы запуска АЦП 1-4 дл  этого случа  приведены на фиг. 3. Перед началом V-ro цикла триггеры 12 и 13 установлены в 1, на элементы И 14 и 15 подан запрещающий потенциал соответственно с выходов триггеров 12 и 13. Второй 10 и третий 11 счетчики запуска группы 8 обнулены командой Конец цикла в конце предыдущего (9-1) цикла вычислений. В первом счетчике запуска установлен запуска группы 8 начинают поступать тактовые импульсы от ГТИ 16. Первый прошедший через элемент И 14 импульс поступает на управл ющие входы АЦП 1,2 и задним фронтом устанавливает триггер 12 в 1, при этом на элемен И 14 подаетс  запрещающий потенциал и дальнейшее прохождение импульсов через И 14 на управл ющие входы АЦПо 1,2 прекращаетс  (см. фиг. За). Этот же импульс поступает на вход первой группы разр дов 9 счетчика 8, проходит через цепь ускоренного переноса счетчика (на чертеже не показана) и через элемент И 15 запускает , (см. фиг. 36). Таким образом, в начале первого частного цикла преобразователи АЦП0 и АЦП запускаютс  одновременно. Полученные дискретные отсчеты умножаютс , суммируютс  с ранее накопленными результатами и запоминаютс  в блоке 7 пам ти. Второ и последующие запуски АЦП/ 3,4 выполн ютс  с интервалом дл импульсами , поступающими на элемент 15 с выхода первого счетчика 9 запуска. В течение частного цикла АЦПij 3,4 запускаетс  т рф. .Через т тактов сигналом переноса из второго счетчик 10 запуска в третий счетчик 11 запус ка триггер 13. устанавливаетс  в 1 а в счетчике 11 запуска записываетс  1. На этом первый частный цикл получени  дискретных отсчетов заканчиваетс . Перед началом второго частного цикла по команде управлени  записью информации содержимое разр дов трет го счетчика 11 запуска заноситс  в разр ды первого счетчика 9 запуска обратном коде (обратный код числа ( 0000). Второй частный цикл аналогичен первому, однако первый запуск АЦП.- 3,4 относительно запуска АЦПд 1,2 сдвинут на интервалД С В общем случае первый запуск АЦП сдвинут относительно запуска АЦПр на интервал , а задержка между отсчетами в пределах цикла формируетс  по закону t(K +К5п)л, где К 0,1 (q-1) - номер частного цикла; К 0,1 (т-1) - число ординат в подцикле. Одновременно с получением дискрет ных отсчетов входных сигналов производитс  определение ординат пр мой и обратной ветви КФ. Ординаты КФ R (,) вычисл ютс  дл  К 0,1. (q-1), Kj 0,1 (m-1) . Рассмотрим определение по одной ординате пр мой и обратной ветви КФ дл  i частного цикла j ординаты. Дли вычислени  R C(i+qj)utl входные дискретные отсчеты X{(i+qj) йС и У t(i+jq)uLl умножаютс . На выходе блока 5 умножени  получаем произведение X(i+qj)it y(itqj). В сумматор 6 из блока 7 пам ти считываетс  частична  сумма произведений -1 циклов -1 (i()uLjYCe((j) ut- XgYc . 6 1e-1 В первом сумматоре 6 производитс  суммирование полученного произведени  в S-м цикле с частичной суммой произведений, полученных в)-1 циклах . В результате получаем . e-i Аналогичным образом получаем значение ординат второй ветви КФ дл  S-ro цикла: RyxCti c -) е-1 После подключени  к первому входу второго сумматора19 -генератора 21 псевдослучайных чисел коррелометр работает следующим образом (см. фиг. 4 а,б). Пусть перед началом -го цикла в ГПСЧ 21 находитс  число K,j . Это число заноситс  в обратном коде через группу элементов И-НЕ 18 в первый счетчик 9 запуска группы 8. По этой причине в первом частном цик ле первый запуск 3,4 сдвинут относительно запуска АЦП.j 1,2 на интервалК Г. По окойчанкн первого частного вычислений из второго счетчика 10 запуска поступает единица переноса. Перед началом второго частного цикла в первый счетчик 9 запуска заноситс  обратный код числа (КМ +1), В начале второго частного цикла запуск 3,4 сдвинут относительно запуска АЦПо 1.2 на интервал -i-l. Аналогично протекают остальные частныё циклы.-В общем случае первый за пуск АЦП 3,А сдвинут относительно запуска АЦП 1,2 на К где прини мает последовательно значени  К,. , K.J + 1, ,.. q-1,0,1, ... . По окончании последнего частного цикла блок 20 сравнени  формирует команду Конец цикла, по второй группе счетчиков запуска 8 сбрасываетс  в О, а в ГПСЧ 21 устанавливаетс  очередное псевдослучайное число К которое Ьудет использовано дл (форм ровани  сдвигов между отсчетами в следующем цикле вычислений. В (-t-D-M цикле вычислений в нач ле каждого частного цикла запуск Amijj 3,4 относительно запуска АЦП 1,2 сдвинут на интервал , где К последовательно принимает значени  т/ тг КЛ,+1, q-1; 0; 1; +1 . 4-( Таким образом, генератор 21 псевдослучайных чисел задает в каждом цикле начальную фазу последовательности дискретизации отсчетов, котора  мен етс  от цИкла .к циклу случайным образом. Временные диаграммы запуска АЦП при случайном характере выборки приведены на фиг. а,б. Диаграммы соответствуют соотношению параметров алгоритма, при которых полный цикл вычислений содержит 8 частных циклов, а длина последовательности псевдослучайных чисел равна 7. На диаграммах фиг. 3 и 4 частные циклы пронумерованы от О до 7 в соответствии со сдвигом запуска относительно запуска АЦП в начале каждого частного цикла. Процедура вычислени  дискретных отсчетов аналогична описанной . Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит устранить погрешность синхронности при измерении высокочастотных процессов без увеличени  времени измерени , так как в подциклах измерени  выборка сигналов осуществл етс  по случайному закону, без введени  случайных интервалов , как В прототипе между подциклами измерени , которое увеличивает общее врем  измерени .

фиг. О 1 2 J 5 6 7 0123

ift/ff/r Вм(/слен1/1/Ци/ л вь/Vi/cjfeHi/i/

ФигЛ 5 6 7 01

Claims (1)

1. . ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первый и второй аналого-цифро- вые преобразователи, информационные входы которых соответственно объединены с информационными входами третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей и являются соответственно первым и вторым информационными входами коррелометра, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с соответствующими входами блока умножения, управляющие входы первого и -второго аналого-цифровых преобразователей объединены с единичным входом первого триггера и подключены к выходу первого элемента И, управляющие входы третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей объединены и подключены к выходу второго элемента И, выход блока умножения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока памятиj вход которого подключен к выходу первого сумматора, выход блока памяти является выходом корреляционной функции коррелометра, нулевые входы пер вого и второго триггеров объединены и являются входом начальной установки коррелометра, выход первого триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого объединен со счетным входом первого счетчика запуска группы и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого счетчика запуска группы соединен с первым входом второго элемента И и счетным входом второго счетчика запуска группы, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика запуска группы и единичным Входом второго триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, разрядные выходы третьего счетчика запуска группы, соединены с первой группой входов блока сравнения, вторая группа входов которого соединена соответственно с выходами переключателей группы, входы которых являются соответственно входами задания кодов пересчета коррелометра, выход блока сравнения соединен с входами начальной установки счетчиков запуска группы и являются выходом конца цикла коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности работы коррелометра, в него введены группа элементов И-НЕ, второй сумматор и генератор псевдослучайных чисел, вход запуска которого подключен к выходу блока сравнения, а разрядные выходы генератора псевдослучай- >

   ных чис^л соединены с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого подключена соответственно к разрядным выходам третьего счетчика запуска группы, выходы второго сумматора соединены соответственно с первыми входами элементов И-НЕ группы, вторые входы которых являются входом управления записи информации коррелометра, выходы элементов И-НЕ группы соединены соответственно с группой информационных входов первого счетчика запуска группы.