Коррелометр

Коррелометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскмк

Соцмалмстмческмк

Республмк

ОП ИСАНИЕ

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (в 792265 а (61) Дополнительное к авт. свкд-ву(22) Заявлено 13.12,78 (21) 2698196/18 -24 (5! )М. Кл.

G 06 G 7/19 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР ао йелам нзооретеинй н открытий (28) Приоритет

Опубликовано 30.12 80. Бюллетень ¹ 48 (53) УДК 681.333 (088.8) Дата опубликования описания 30.12.80 (72) Автор изобретения

Ю. И. Кузьмин (71) Заявитель (54) КОРРЕЛОМЕТР ь г

Изобретение относится к области измеритель. ной и вычислительной техники и может быть 1 использовано для измерения функции взаимной корреляции между двумя случайными процессами, задержанными один относительно другого.

На практике часто параметры функции взаимной корреляции априорно не известны.

В то же время анализ исследуемых сигналов требуется. вести в темпе их поступления.

Поэтому для указанных целей наиболее часто применяют коррелометры параллельного действия, работающие по методу умножения (1).

Особенно часто усложненные аппаратурно коррелометры, к которым относятся коррет5 лометры (1), необходимы для акустических измерений, когда задержка между исследуемыми процессами априорно не известна и может находиться в пределах от очень малых величин до очень больших, во много раэ превосхо.

10 дящих интервал корреляции между исследуе- . мыми процессами. При этом все ординаты функции взаимной корреляции должны быть посчитаны за одну реализацию ввиду трудности, а чаще невозможности повторения условий акустического эксперимента.

Увеличение аппаратурных затрат в рассмотренных случаях приходится на следующие узлы схемы известного коррелометра (1); схему, обеспечивающую задержку исследуемого сигнала относительно другого, схемы перемножения мгновенных значений задержанного и неэадержанного сигналов и схемы усреднения результатов перемножения. Причем количественный состав указанных узлов растет прямо пропорционально максимально требуемому времени задержки, в то время как для вычисления информативного участка коррелограммы количество узлов перемножения и усреднения требуется пропорциональное интервалу корреляции между исследуемыми сигналами.

Кроме аппаратурных затрат при применении известных схем коррелометров возникают трудности, связанные с обработкой полученных результатов измерения.

Действительно, для оператора, работающего с аппаратурой, измеряющей функцию вэаим2265 4 тельная линия задержки. блок сложения и блок вычитания, входы которого подключень1

3 79 ной корреляции, как правило представляет интерес наблюдение не всей коррелограммы, ординаты которой имеют аргумент, принимающий значения от О до 8 (9„„„„с- максимальная ожидаемая величина задержки), а только ее участка, длительностью С„(С вЂ” интервал корреляции между исследуемыми сигналами) .

При априорной неизвестности свойств исследуемых сигналов оператору часто необходимо несколько наблюдений коррелограммы длительностью 9 ц> последовательно во времени, чтобы принять решение, какой же из участков длительностью Г„является информативным. Другими словами, выделить информативный участок коррелограммы оператору помогает наблюдение динамики процесса измерения.

Обеспечить же наблюдение динамики процесса измерения больших участков коррелограммы, измеренных перечисленными методами, технически очень сложно. Кроме того, приведение масштаба коррелограммы по оси абсцисс к размеру, удобному для ее наблюдения оператором, настолько сузит информативный участок, что оператор может его просто не заметить.

Известен коррелометр (21, в котором аппаратурные затраты по сравнению с рассмотренными сокращены пропорционально отношению максимально ожидаемого времени задержки к требуемому времени усреднения. Однако применение этого коррелометра, содержащего линию задержки, блоки умножения, блоки усреднения, эффективны в случаях, когда требуемое время усреднения меньше максимально ожидаемой задержки.

Кроме того, в рассматриваемом случае, когда отношение требуемого времени усреднения к интервалу корреляции много больше единицы, этому коррелометру присущи те же недостатки, что и рассмотренным известным коррелометрам.

Целью изобретения является упрощение и, следовательно, повышение надежности коррелометра, предназначенного для измерения функции взаимной корреляции между процессами, задержанными один относительно другого на интервал времени, превышающий . интервал корреляции исследуемых сигналов.

Эта цель достигается тем, что в корреломстр, содержащий многоотводную линию задержки, каждый выход которой, кроме последнего соединен с первым входом соответствующего блока умножения, вторые входы блоков умножения объединены и являются первым входом коррелометра, а выходы блоков умножения подключены ко входам блоков усреднения, введены дополни5

50 соответственно к выходам многоотводной линии задержки и дополнительной линии задержки, выход блока вычитания подключен к первому входу блока сложения, выход которого соединен со входом многоотводной линии задержки, второй вход блока сложения объединен со входом дополнительной линии задержки и является вторым входом коррело метра, На чертеже изображена схема предлагаемого коррелометра.

Он содержит блок 1 алгебраического суммирования мгновенных значений сигналов (блок сложения), линию 2 задержки, многоотводную линию 3 задержки, блок 4 вычитания мгновенных значений сигналов, блоки 5 умножения и блоки 6 усреднения. Каждый

i-й отвод многоотводной линии 3 задержки подключен к первому входу i-ro блока 5 умножения. Вторые входы блоков умножения объединены и подключены ко второму входу коррелометра — y(t). Выход каждого i-ro блока умножения подключен ко входу i-го блока 6. усреднения. Вход линии 2 задержки и первый вход блока 1 суммирования объединены и подключены к первому входу коррелометра — x(t). Выход блока 1 суммирования подсоединен ко входу многоотводной линии 3 задержки, выход которой подключен к первому входу блока 4 вычитания, второй вход которого соединен с выходом линии 2 задержки. Выход блока вычитания подключен ко второму входу блока 1 суммирования.

Выходами коррелометра являются выходы блоков 6 усреднения.

В описываемом коррелометре корреляционной обработке подвергаются один из входных и сформированный из другого вспомогательный сигналы. Вспомогательный сигнал формируют путем алгебраического суммирования текущего значения одного иэ исследуемых сигналов (на чертеже сигнал x(t) со всеми его предшествующими значениями, следующими через интервал времени, больший интервала корреляции и отстоящими во времени от текущего значения не более чем на максимально ожидаемую задержку между исследуемыми сигналами.

Выходная информация предлагаемого коррелометра представляет собой сумму 9 отрезков общей коррелограммы каждый из которых имеет длину Cg, которые просуммированы по принципу — начало и конец первого отрезка соответственно с началом и концом каждого иэ остальных отрезков.

792265 6 окончится, когда значение сигнала x(t) > измеренное в момент времени t = О, появится на выходе линии 2 задержки, т.е. в момент времени t = Х - N C3. Начиная с этого момента времени из суммы слагаемых, генерируемой на выходе линии 3 задержки, в блок

4 вычитания будет вычитаться первое слагаемое, а вместо него в блоке 1 суммирования будет добавляться новое слагаемое, равное текущему

О значению сигнала х(с).

В произвольный момент времени t значение вспомогательного сигнала z(t), генерируемого на входе линии 3 задержки, можно представить в виде где 7, — интервал корреляции исследуемых сигналов;

8 . — максимально ожидаемая задержка между исследуемыми сигналами.

Благодаря этому каждое мгновенное значение сигнала х() .циркулирует в линни

3 задержки (по цепи выход блока 1 суммирования, линия 3 задержки, блок 4 вычитания, второй вход блока 1 суммирования)

N раз, пока не появится на выходе линии 2 задержки равное ему значение и не вычтется в блок 4 вычитания из циркулирующего.

Пусть в исходном состоянии линии 2 и 3 задержки обнулены.Тогда от момента времени t = О до t =," линия 2 задержки частично, а линия 3 задержки полностью заполняются мгновенными значениями сигнала x(t) с аргументами от 0 до 2 .Начиная с момента времени t = С3 до момента времени t = 2tj в блоке 1 суммирования к текущему значению сигнала x(t) начинают прибавляться задержанные линией 3 его значения, Так чтс в произвольный момент времени т= л1а (где i — может принимать значение от 1 до и, а g t = С /и ) на выходе блока 1 суммирования, и тем самым на входе линии 3 задержки значение вспомогательного сигнала

z(t) равно сумме z(t) = х(1 t) + х(+j t)

Таким образом, от момента времени t = tg до момента времени t = 2Т3линия 3 задержки будет заполняться суммами текущего значения сигнала x(t) с его предшествующим значением, отстоящим во времени на интервал Г .

Очевидно, что в каждом новом цикле длительностью " количество слагаемых в мгновенном значении сигнала z(t), циркулирующего в линии 3 задержки, будет увеличиваться на единицу и в произвольный момент времени, например t = 1 а t + k tq (где к может принимать значения от к = 1 до

К й), сигнал z(t) будет равен сумме

2S

A„. Z„ (t) К Е RхЧ (1Д +ИСЪ)

N=O

Формирование вспомогателнюго сигнала осуществляют следующим образом.

Линии 2 и 3 задержки обеспечивают задержку входного сигнала на интервал времени Cg и ®q соответствен lo так, чтобы выполнялись условия

Процесс увеличения с каждым новым циклом количества слагаемых в сигнале z(t) t где х (t) — текущее значение сигнала x(t).

На i-м отводе линии 3 задержки в этот же момент времени будет генерироваться сипил

z+.(t) в виде:

К

2 = Е Х(Ь -1ат.-м Сь)

1 m43

На выходе i-го блока 5 умножения в каждый момент времени будут формироваться частные произведения А „ вида где у(т) — текущее значение сигнала у(т).

В i-м блоке 6 усреднения происходит суммирование этих частных произведений в виде

3$ Р„= - ЕА1. а на i-м выходе коррелометра появляется сумма значений измеряемой функции взаимной корреляции с аргументами, отличающимися на величину Г

Таким образом, выходная информация в описываемом коррелометре представляет собой сумму Nотрезков общей коррелограммы,,каж дый нз которых имеет длину 2, которые просуммированы по принципу — начало и конец первого отрезка соответственно с началом и концом каждого из остальных отрезков.

При задержке 9> между исследуемыми сигналами, равной, например,83=1дЫ 1.К С3, где к — может принимать значения от 0 до N, à i — от 0 до п, о наличии корреляции между исследуемыми сигналами можно судить по превышению результата Р„, полученного на выходе i-го блока 6 усреднения, над результатами P(j + — ) лежащими за интервалом

° . . И

2 корреляции и полученными на выходах

792265

1О

7 (— )-ro или { a 4 - )-ro блоков

2. 2. усреднения.

Чтобы получить отношение полезного сигнала к шуму на выходе коррелометра (или, другими словами, отношение максимума

5 функции взаимной корреляции к ее значению эа пределами интервала корреляции) таким же, как и на выходе коррелометра, построенного по традиционным методам, время усреднения необходимо брать во столько раз большим, во сколько раз оказывается свернутой общая коррелограмма, Это недостаток описываемого коррелометра, который ограничивает область его применения случаями, когда длина реализа, ции исследуемых сигналов больше необходимого времени усреднения.

Однако в этих случаях применение описываемого коррелометра позволяет резко уменьшить аппаратурные затраты. Для его реализации необходимо в и раз меньше блоков умножения и усреднения. Указанный выигрыш в оборудовании вполне оправдан дополнением схемы коррелометра узлами, оговоренными в отличительной части формулы изобретения, и некоторым увеличением разрядности блоков умножения и усреднения.

Описанный коррелометр позволяет вести анализ поступающих реализаций в темпе реального времени, оператор при этом имеет возможность следить за всей обстановкой, складывающейся в процессе измерения, анализируя коррелограмму вполне приемлемой длины.

Формула изобретения

Коррелометр, содержащий многоотводную линию задержки, каждый выход которой, кроме последнего, соединен с первым входом соответствующего блока умножения, вторые входы блоков умножения объединены и являются первым входом коррелометра, а выходы блоков умножения подключены ко входам соответствующих блоков усреднения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения коррелометра, в него введены дополнительная линия задержки, блок сложения и блок вычитания, входы которого подключены соответственно к выходам многоотводной линии задержки и дополнительной линии задержки — выход блока вычитания подключен

"к первому входу блока сложения, выход которого соединен со входом многоотводной линии задержки, второй вход блока сложения объединен со входом дополнительной линии задержки и является вторым входом коррелометра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Грибанов Ю. И. и др. Автоматические цифровые корреляторы, М., "Энергия", 1971, с. 148 -149.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

И 2485767/18-24, кл. G 06 G 7/19, 1977 (прототип).

792265

Викод

Составитель В. Жовннскнй

Техред М. Коштура Корректор О. Билак

Редактор И, Грузова

Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10136/49

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4