Корреляционное устройство для определения запаздывания случайного сигнала
Иллюстрации
Показать всеРеферат
КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащеедва блока фильтров, каждый из которых содержит интегросумматор, первый вход которого является входом блока, и последовательно соединенные интегратор и элемент НЕ, выход которого . подцслючен к второму входу интегросумматора и является первый выходом блока, вход интегратора объединен с третьим входом интегросумматора и является вторым выходом блока, входы первого и второго блоков 4 ильтров являются соответственно первым и вторьм информа1щонш и входами устройства, сумматор, первый и второй блоки вычитания, регистратор, состоящий из последовательно соединенных блока деления и блока индикации , выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введены усилитель-ограничитель , первый, второй и третий элементы И, триггер, первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, причем первые входы первого и второе го блоков фильтров соединены соответственно с неинвертирова.нньвли входси и первого и второго блоков вычитания, инвертирующие входы которых объединены с первьвл и вторым входами сумматора соответственно и подключены к вторым выходам первого и второго блоков фильтров соответственно, выход первого блока вычитания через усилитель-ограни (Л читель соединен с информационными входами первого и второго элементов И, управляющие входы первого и второго элементов И являются входами сигналов пуска и останова устрой ства соответственно, а выходы соединены соответственно с единичньвл и нулевьм входс1ми триггера, единичный выход которого соединен с упда равляющим входом третьего элемен1чЭ to та И, выход которого соединен с управлякицими входами первого и второго ключей, информационные входы которых подключены к выходам второго блока вычитания и сумматора соответК4 ственно, а выходы через первый и второй интеграторы соответственно «(эдключены к соответствующим входам блока деления регистратора.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19). (И)
3(51) 6 06 С 7 19
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, : .
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
H ABTGPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3442877/18-24 (22) 28.05.82 (46) 23 12 83 Вюл. Р 47 (72) 10,А.Тимошенков, В.В.Фоминов, Л.Н.Рубцов и Г.Л.Лукьянов (71) Таджикский политехнический институт (53) 681 ° 3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2583570/24, кл. G 06 G 7/19, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР
9 623209 кл» G 06 G 7/19, 1976 (прототип) (54) (57) КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАЗДЫВАНИЯ СЛУ. ЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее два блока фильтров, каждый из которых содержит кнтегросувматор, первый вход которого является входом блока
t и последовательно соедйненные интегратор и элемент НЕ, выход которого .пЮР лючеи. к второму входу интегросумматора и является первьии выходом блока, вход интегратора объедкнен с третьим входом кнтегросумматора и является вторяк выходом блока, входы первого к второго блоков фильтров являются соответственно первым и вторьв(информационными входами устройства, сумматор, первый и второй блоки вычитания, регистратор, состоящий кз последовательно соединенных блока деления к блока индикации, выход RoToporo является выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введены усилитель-ограничитель, первый, второй и третий элементы И, триггер, первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, причем первые входы первого и второ го блоков фильтров соединены соответственно с неннверткрованньвюи входами первого и второго блоков вычитания, инвертирующие входы которых объединены с первьва и вторьв(входами сумматора соответственно и подключены к вторым выходам первого и второго блоков фильтров соответственно, выход первого блока вычитания через усилитель-ограничитель соединен с информационныии входами первого и второго элементов И, управляющие входы первого и второго элементов И являются входами сигналов пуска и останова устрой ства соответственно, а выходы соединены соответственно с единичньак к нулевым входами триггера, единичный выход которого соединен с управляющим входом третьего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, информационные входы которых подключены к выходам второго блока вычитания и сумматора соответственно, а выходы через первый и второй интеграторы соответственно .одключены к соответствующим входам блока деления регистратора.
1062727
Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенньм для измерения запаздывания во времени случайного сигнала, и может быть использовано при определении парамет - 5 ров дрейфа ионосферных неоднородностей в реальном времени для оцен. ки знака н величины запаздывания прохождения фединга между двумя антеннами, обнаружения сигналов на фоне помех, в радиодальнометрин, в измерительной технике при экспериментальном исследовании случайных сигналов °
Известно устройство для опреде- 15 ления постоянной времени нелинейных инерционных объектов, содержащее генератор симметричного сигнала,два идентичных блока формирования коэффициентов, пропорциональных первым и вторым производным исследуемых сигналов, три инвертора, четыре управляемых ключа, два интегросумматора, формирователь управляющего сигнала, два интегросумматора, регистри 5 рующее устройство, причем выходы первого и второго ключей соединены с соответствующими входами первого интегросумматора, выходы третьего и четвертого ключей — с соответствующими входами второго интегросумматора, входы второго и четвертого ключа — с выходом первого и второго инвертора соответственно, а выход третьего инвертора — с управляющими входами первого и третьего ключей111. З5
Недостаток этого устройства — детерминированность входного сигнала (пробный сигнал специальной формы), при этом оно не может использоваться при исследовании случаных сигна- 40 лов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является корреляционное устройство для определения запаздывания случайного сиг-. 45 нала, содержащее четыре фильтра нижних частот (ФНЧ), вход первого из которых является первым входом устройства, а выход соединен с входом второго ФНЧф вход тре3ьего ФНЧ 50 является вторым входом устройства, а выход подключен к входу четвертого ФНЧ, сумматор, два блока вычитания, выход первого блока вычитания соединен с первым входбм блока умножения, выход которого через последовательно соединенные блок усреднения и блок управления подключен к управляющему входу линейного преобразователя, выход которого подключен к инвертирующему входу 60 первого блока вычитания, неинвертирующий вход которого подключен к выходу второго блока вычитания, при- . чем s устройстве. введен масштабный инвертор, вход которого подключен 65 к второму входу устройства, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого. объединен с инвертирующим входом второго блока вычитания и подключен к выходу треть его ФНЧ, неннвертирующий вход первого .блока вычитания соединен с выходом:четвертого ФНЧ,. выход сумматора подключен к входу лийейного преобразователя, а выход второго ФНЧ— к второму входу блока умножения 2).
Недостатками устройства являются невозможность оценки знака задержки случайного сигнала, что ограничивает применение его для оценки направления.н скорости дрейфа ионосферы методом радиолокации в реальном масштабе времени и сложность технической реализации канала измерения, обусловленная последовательным соединением блока умножения и линейного преобразователя с блоком управления, так как высокая точность измерения достигается обеспечением прецизионности этих блоков. Ограничение точности связано также с необходимостью предварительного дифференцирования случайных сигналов, что ухудшает помехоустойчивость.
Целью изобретения является повы-. шение точности и помехоустойчивости измерения запаздывания случайного сигнала. указанная цель достигается тем, что в корреляционное устройство для определения запаздывания случайного сигнала, содержащее.два блока фильтров, каждий ss которых содержит интегросумаатор, первый вход которого является входом блока, и последовательно соединенные интегратор -и элемент НЕ, выход которого подключен к вторсну входу интегросумматора и является первьюе выходом блока, вход интегратора объединен с третьим входом интегросумматора и является вторым выходом блока, входы первого и второго блоков фильтров являются соответственно первым и вторым информационныяи входами устройства, сумматор, первый и второй блоки вычитания, регистратор, состоящий иэ последовательно соединенных блока деления и блока индикации, выход которого являетвя выходом устройства, введены усилитель-ограничитель, первый, второй итретий элементы И,триггер, первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, причем первые выходы первого и второго блоков фильтров соединены соответственно с неинвертированныни входами первого и второго блоков вычитания, инвертирующие входы которых объединены с первым и вторым входами сумматора соответственно и подключены к вторыя выходам первого
1062727
Регистратор 18 содержит последова тельно соединенные блок 19 деления и блок 20 индикации (вольтметр) вы ход которого является выходом уст.ройства. Выходы ключей 14 и 15 через интеграторы 16 и 17 подключены к первому и второму входам блока 19 деления.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
10 На вход первого блока 1 фильтров поступает случайный сигнал x(t),íà вход второго блока 2 фильтров — случайный сигнал y(t). С достаточной для инженерной практики точностью
15 оператор запаздывания можно аппрок симировать рядом Паде второго порядка что соответствует линейному диф-. ферейциальному уравнению и второго блоков фильтров соответственно, выход первого блока вычитания через. усилитель-ограничитель соединен с информационными входами первого", второго и третьего. элементов Й, управляющие входы первого и второго элементов И являются входами сигналов пуска и останова устройства соответственно, а выходы соединены с единичньм и нулевым входами триггера соответственно, единичный выход .которого соединен с управляющим входом третьего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами. первого и второго ключей, информационные .входы ко- . торых подключены к выходам второго блока вычитания и сумматора соответственно, а выходы через первый и вто. рой интеграторы соответственно подключены к соответствующим входам блока деления регистратора.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройствау на фиг. 2 — времен- ные диаграмьы работы устройства.
Устройство содержит два блока 1 и 2 фильтров< Каждмй из котоРых со» держит интегросу ееатор 3, интегратор 4, элемент HE 5, первый вход интегросумматора 3 является aepsaee входом блока, а выход интегросумма. тора 3 соединен с его вторым входом и через последовательно соединенные интегратор Я s элемент HE 5 подключен к его тертьему входу, третий вход и выход интегросуюеатора 3 являются соответственно первыю и вторьм выходами блока.
ВходЫ первого и второго блоков 1 и 2 фильтров являются соответственно первьэю и вторим информационными входами устройства, первые выходю первого и второго блоков 1 и 2 фильт- ров соединены соответственно с неинвертированива входами первого и второго блоков 6 и 7 вычитания, инвертирующие входы которых объедийены с первюе и втоуьм входами сумматора 8 соответственно и подключены к выходам первого и второго блоков 1 и 2 фильтров. Блок 6 вычитания через усилитель-ограничитель 9 соединен с информационными входами первого, второго и третьего элементов И 10—
12. Выходы элементов И 10 и ll соединены соответственно с единичньм и нулевьв входом триггера 13, единичный выход которого подключен к управляющему входу элемента И 12.
Управляющие входЫ элементов И 10 и
11 являются входами пуска н останова устройства соответственно. Выход элемента И 12 подключен к управляющим входам ключей 14 и 15, информационные входы которых подключены к выходам сумматора 8 и блока 7 вычитанию соответственно. Устройство содержит также интеграторы 16 и 17
Ю 2 a ó а 1 д х „ ax б 6 à — +(2W(t)=t -btü — +12 x(t), (1)
dt2 Ж at2 . at где à — неизвестный параметр, харакб теризующнй .знак и величину
25 запаздывания)
x(t) 4 и .У(t) - контролируемюе случайные сигнала °
Обрабатывая сигнал x(t) и y(t) оператором скользящей модулнрующей функции, например, в виде. фильтра
Пуассона (блоки фильтров 1 и 2 выполнены в виде последовательно соединеннык интеграторов с промежуточнваав обратныаи связями), можно
З5 непре1:нвио формировать сигналы U; (t)
s С,. (t) которве пропорциональны коэффициентам квадратного алгебраз ического уравнения, в котором неизвестным является запаздывание T.
46 AC S(t) -U3 (t) ) +6т(С 2(t) +U (t) ) =
12(П ()-С ()) g (2) ,ф . 30,. причем — г =О. (i=1 2 )
45 1б1 3t +1
Введем, .обозначения
23(t) C (t) П (t)
3 3
22 (t) =С2 (t) +U2 (t)
50 Б 1(t) Ц1(й) С1(t)
Переменная 2 (t) непрерывно формируется иа выходе сумматора 8, а
Z
55 ности, используя способ повторной модуляции, умножим коэффициенты уравнения (2) на сигнал
sign fZ, (t)g еО и проинтегрируем на интервале от до t2, причем в эти моменты времени Е"<(t)=0 или проходит через ноль.
Сигнал 2 2() =C (t)-U (t) непрерыв%
2 2 но формируется на выходе первого бло -.
65 ка 6 вычитания.
1062727
35 о
f4) 2 (tlsfgn(22(tl) сН
На временной диаграмме (фиг. 2) покаэано, что на интервале Т на интеграторах 16 и 17 накопилась информация двух информативных подинтервалов (tz- .t ) и (t>- .С, ), на .каж40
Т ак как .. 32" (t), то .Ф2 2> Ц- 34
2 (tlsn2n(z> (t()gtss
t„
Поэтому нет необходимости формировать 2 (t), что упрощает техйическую реализацию устройства.
Кроме того, квадратное алгебраическое уравнение (2) относительно f0 неизвестного запаздывания Гв момент времени ty, как показано на временной диаграмме сигналов (фиг.2),упрощается до уравнения с одним неизвестным . Знак и величину запаздьи вания можно определить в момент вре( мени t по формуле
tg
2 Z„(t)signf2 (ФЦсК
t1
20 . (3}
ZZ(tlst2n(Z (t()sZt с„ 25
Точность оценки Тможно определить, если статистически накапливать информацию на интеграторах 16 и 17, замыкая ключи 14 и 15, когда сигнал на выходе усилителя-ограничителя 9 равен
I ign (2 (й) ) =+ 1 . Тогда т
2 Z„(tls
Ф.;
Сигнал 2"() с выхода первого блока 6 вычйтания поступает на усилитель-ограничитель 9. Выход усилителя-ограничителя 9 через элементы
И 10 — 12 и триггер 13 управляет ключами 14 и 15. Причем запуск осуществляется в момент времени t когда сигнал на выходе усилителяограничителя 9 sign(2+())=+1. Интеграторы 16 н 17, находящиеся первоначально в исходном состоянии, после замыкания ключей 14 и 15 интегрируют сигналы 2„(t) и 2> (t) до момента времени 2,когда сигналы
2 (t) изменяют знак на отрицатель.2 ный sign j3 g(t)) =0 z что контролирует третий элемент Й 12. Интервал статистического накопления информации относительно неизвестного параметра
7+в соответствии с уравнениями (3) определяется внешними сигналами Пуск и Стоп, которые поступают на управляющие входы элементов И 10 и ll. Триггер 13 срабатывает, когда сигнал на выходе усилителя-ограничителя 9 нулевой. Сигналы с выходов интеграторов 16 и 17 коммутируются на блок 19 деления, и на выходе вольтметра 20 считывается знак и величина запаздывания случайного сигнала. Точность измерения повьапается как за счет упрощения конструкции (в каналах статистического накопления информации о запаздывании, линейные блоки типовые, например, интеграторы, сумматоры блоки вычитания),так и соответСтвующим выбором интервала измерения, ко торый может быть адаптивный, что улучшает помехоустойчивость
1062727
Фиг. 2
Составитель A.Èâàíîâà
Редактор Н.Лазаренко Техред И,надь Корректор М.Шароши
Заказ . 10220/5 f....Òèðàà 70б Подписное
ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 и
Филиал IIGH Патент, г. Узтород, ул. Проектная, 4