Многоканальный многомерный цифровой коррелометр

 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для измерения в реальном масштабе времени взаимной корреляционной функции (ВКФ) двух многомерных случайных процессов, имеющих п и п составляющих. Цель изобретения - повьшение быстродействия и снижение объема оборудования при вычислении ВКФ двух многомерных случайных процессов . Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи 1,- 1,, первую 2 и вторую 3 группы регистров, арифметический блок 4, блок 5 памяти, счетчик адреса 6, блок 7 выбора сомножителей, блок 8 синхронизации, блок 9 задания режима, первый и второй монтажные элементы ИЛИ 10. и 11. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 06 P 15/336

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3959333/24-24 (22) 01.10 ° 85 (46) 23.04.87. Бюл. Р 15 (72) В.Н.Андреев и Ю.И.Грибанов (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1187177, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 419895. кл. G 06 F 15/336, 1972. (54) МНОГОКАНАЛЪНЬЙ ИНОГОИГРНЬЙ ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР (57) Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для измерения в реальном масштабе времени взаимной корреляциЛК, 13057 онной функции (ВКФ) двух многомерных случайных процессов, имеющих и и п составляющих. Цель изобретения — повышение быстродействия и снижение объема оборудования при вычислении

ВКФ двух многомерных случайных процессов. Коррелометр содержит аналого-цифровые преобразователи 1 - 1д, первую

2» — 2„ и вторую 3, — 3 „ группы. регис- тров, арифметический блок 4, блок 5 памяти, счетчик адреса 6, блок 7 выбора сомножителей, блок 8 синхронизации, блок 9 задания режима, первый и второй монтажные элементы ИЛИ 10 и 11.

1 з.п. ф — лы, 2 ил.

14 2

1 13057

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, предназначено для измерения в реальном масштабе времени взаимной корреляционной функции (ВКФ) двух многомерных случай-5 ных процессов, имеющих и< и п случайных составляющих, (вычисляется матрица корреляционных функций размера

n,х 2п< функций, причем все элементы — (функции матрицы вычисляются одновременно) и может быть использовано в системах автоматического управления, обработки измерительной информации, технологического контроля, технической диагностики и т.д.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

На фиг.1 представлена структурная схема коррелометра; на фиг.2 — схема блока выбора сомножителей.

Коррелометр (фиг.1) содержит аналого-цифровые преобразователи 1,,... ...,15 первую 2(,...,2„ и вторую 3.. ...,3„ группы регистров, арифметический блок 4, блок 5 памяти, счетчик 6 адреса-, блок 7 выбора сомножителей, блок 8 синхронизации, блок 9 задания режима, первое 10 и второе 11 монтажные ИЛИ.

Блок выбора сомножителей (фиг.2) содержит элементы И 12, триггер 13, первый и второй дешифраторы 14 и 15, функциональные связи 14-1, 14-2, 14-3,...,15-1, 15 — 2, 15-3,. ° . между выходами дешифраторов 14 и 15 и тре- 35 тьими входами элементов И 12, первый и второй счетчики 16 и 17, m каналов

18, группы 19, — 19П элементов И.

Информационные входы АЦП являюся входами коррелометра и подключаются к 40 составляющим обрабатываемых процессов х(с) = (.,(с) . ..(с) ° " . ", (с)3

Y(t) = (y, (t), y,(e), ° ° °, у, (t)$

АЦП представляют составляющие обрабатываемых процессов последовательностями дискретных отсчетов, С помощью групп регистров 2 и 3 запоминаются дискретные отсчеты на время их об- 50 работки и образуется временный сдвиг между отсчетами. Арифметический блок

4 выполняет основные арифметические операции по обработке отсчетов — умножение и суммирование произведений.

Блок 5 памяти используется для хранения промежуточных результатов вычислений — сумм произведений отсчетов с одинаковым временным сдвигом между отсчетами. Счетчик 6 адреса формирует код адреса при обращении к блоку 5 памяти. Блок 7 выбора сомножителей вводит пары отсчетов составляющих

x;(t), y;(t) обрабатываемых процессов

X(t), Y(t) в арифметический блок 4.

Распределение элементов И в блоке

7 между группами в пределах каналов следующее. В первэм канале 18 группы

19-1 и 19-3 содержат по одному элементу И, а группы 19-2 и 19-4 по (и-1) элемента И во втором канале 8 группы 19-1 и 19-3 содержат по два элемента И, а группы 19-2 и 19-4 — по (n-2) элемента И; в i-м канале 18 группы 19-1 и 19-3 содержат по i элементов И, а группы 19-2 и 19-4 — по (и-i) элементов И, в последнем канале группы 19-1 и 19-3 содержат по (п-1)/2 элементов И, а группы 19-2 и 19-4 — по (n+1)/2 элементов И при . п нечетном, и всеочетыре группы содержат по n/2 элементов И при и четном.

При задании режима работы из блока

9 выбирается канал 18, порядковый номер которого равен числу составляющих и< первого обрабатываемого процесса Х() (предполагается, что n„<

<и ).

Счетчики 16 и 17 пересчитывают тактовые импульсы, поступающие в блок

7 выбора из блока 8 в пределах частотного цикла вычислений. Коэффициент пересчета первого счетчика 16 уста- навливается из блока 9 равным и,, а второго счетчика 17 — равным и

Состояние счетчиков 16 и 17 дешифрируется дешифраторами 14 и 15, при этом в соответствии с заданным режимом работы с помощью элементов И выбранного канала 8 в определенном поряд- ке из групп регистров 2 и 3 в арифметический блок 4 вводятся пары дискретных отсчетов обрабатываемых процессов и выполняюся необходимые вычисления.

Блок 8 синхронизации формирует управляющие сигналы по запуску АЦП и синхронизации совме=тной работы бло" ков 4,5,6 и 8.

Коррелометр работает следующим образом.

При организации вычислений составляющие первого обрабатываемого процесса х(с) = (с (с) x,(с),...,x„, (с)3 подключаются по порядку к входам коррелометра с первого по п,-й, 13057

Составляющие второго обрабатываемого процесса

<(<) = (), (<) у (e),..., у„(<)) подключаются к входам коррелометра с номерами (п + 1) — (и,+ и ). При этом предполагается, что п п ; n1 + n cп где и,, и < — число составляющих пер†10 ного и второго обрабатываемых процессов; и — число входов коррелометра.

Затем, в соответствиис параметрами 15 (мерностью) n< n обрабатываемых

-ю. процессов X(t), y(t) с выходов блока

9 задания режима устанавливаются коэффициенты пересчета счетчиков 16 и

17 и выбирается п< и канал 18 элементов И.

Процесс обработки процессов Х(), Y(t) состоит из И полных циклов (до достижения заданной статистической точности), в течение каждого из них вычисляется по одному произведению для всех значений временного едвига

kg (k = 0,1, °,m — 1) между отсчетами обрабатываемых процессов, всего за цикл вычисляются 2п<п тп произведений.

Каждый полный цикл состоит из m частных циклов. В течение одного частного цикла вычисляются все произведе3$ ния для одного значения временного сдвига — всего 2п и< произведений.

Частный цикл состоит из 2n„- п тактов. В течение такта получается произведение одной из пар отсчетов

4Q х; (Ьп Д1 у, ((2та + k)n(,), х, ((тш + ) )< 1 у, (

3 < >2 °

Полученное произведение добавляется в арифметическом блоке 4 к частичной сумме произведений отсчетов тех же процессов с таким же временным сдвигом, полученной в предыдущих 50 циклах вычислений, и.получается новая частичная сумма.

14 4 первого по n, — и поступают отсчеты х, C тп и (— х <„(0тп Ь<), а в регистры с (и< + 1)-го по (и< + и )-й — отсчеты у, (Em(< ) — у<, (Fmh<), пгичем в группу регистров 2 отсчеты вводятся из АЦП в первый такт, каждого частного цикла, а в группу регистров 3 — только в начале цикла в первый такт первого частного цикла.

Рассмотрим порядок работы коррелометра в течение < --ro полного цикла вычислений. В исходном состоянии в начале цикла счетчик 6 адреса, счетчики 16 и 17 и триггер 13 находятся в нулевом состоянии. В выбранном из блока 9 и<-м канале 18 с триггера 13 подано "разрешение" на группы 19-1, 19-4 элементов И, а с первых выходов дешифраторов 14 и 15 подано "разреше

19 — 1, 19 — 4, с выходов которых подано

"разрешение" на первые управляющие входы первого регистра 2 группы и (n, + 1) — го регистра 3 группы. Очередной тактовый импульс с третьего выхо.— да блока 8 запускает АЦП 1. Далее по командам с второго и четвертого вьгкодов блока 8 в группы регистров 2 и 3 из АЦП 1 вводятся отсчеты x<(4 í6(), где i = 1,2,...,п< (в регистры 2 и 3 с первого по и<-й) и отсчеты у /md() где j = 1,2,...;и (в регис3 тры 2 и 3 с (n< + 1) — го по (n<+n )-й.

Отсчеты х,(4 тп 1 из первой группы регистров 2.и у,(4 mlle) из (п1+ 1)-й группы регистров 3 вводятся в блок 4.

Далее из блока 5 по команде .с пятого выхода блока 8 считывается сумма

1-1 1- <

Q (0) = х, (

П> (0) = х,ta ш ь< )у <(a ш <.) при этом получается новая сумма

Я 1

Г (o) = X х, j

+ k)(<(,j, а в регистры с (n< + 1)-ro по (n, + п )-й — отсчеты у, (Ртп п.)—

- у„flma<); в группу регистров 3 с которая записывается в блок 5.

« <\ В конце такта добавляется 1 в счетчик 6 адреса и в счетчик 16 блока 7, при этом с второго выхода дешифратора 14 и с первого выхода дешифратора 15 через второй элемент И.)-1 -) -1

1«)) х («тх«) у («т««) )д Ф о Р м У л а т х о б Р е т е н и Я

Ет

/ х

7,У.2(1 4") 2У Ь4 ) ° в".У„(7 4 )

Rx«y, (1с4« ) Rx,y" (km ) ° ° Rx Ó, (k4c.)

«У2 2У2 «)У2

° а ° ° е ° ° °

5 73057 группы 79-1 и первый элемент И группы

19-4 подается разрешение на вторую группу регистров 2 и (п, + 1)-ю груп. пу регистров 3.

Во втором такте первого частного цикла 4 -ro полного цикла из блока S считывается сумма

К ней добавляется произведение

П«10) = х,(хтх").у,(«т«С) и новая сумма у,(О) записывается в блок 5.

Порядок работы в течение первых (n,« n ) тактов частного цикла аналогичен рассмотренным двум тактам. 20

Из регистров с первого по п7-й группы

2 и из регистров с (п + 1)-го по (и-„ + п )-й группы 3 в блок 4 вводятся пары отсчетов х;7-)шЯ), yj t ш47), где i = 1 25

2,...,n«, j = 1,2,...,п2, получаются произведения П (0) ко«) У - 1 торые добавляются к суммам,у (О)

«J и получаются новые суммы (О) .

Таким образом, в течение первого частного цикла получается 2 п, и произведений отсчетов с нулевым сдвигом

По окончании вычислений в блоке содержится взаимная корреляционная функция двух многомерных процессов

X(t) и Y(t), 40 которая представляет собой матрицу

КФ видао

Rx",ó, (1са ) Rx",ó, (k4 )...Вх)1, у, (k47) т

7 Х«У2 (k4 ) Вх2У2 (к4«) кХ«) У2 (7 4«) 45

° ° ° O ° ° ° ° г l l

Я y02(с) В 2у."(1 ) "° В иу„г(k66)

МатРийа содеРжит 2n,ï2 функций, каж- 55 дая представлена ш ординатами. Учитывая, что каждая ВКФ состоит из двух ветвей,, матрица содержит и, п полHex вкФ.

74 6

При организации вычислений параметры п«, п2 могут изменяться в пределах и, = 1 — n/2 (или (n — 1)/2), п2 = 1 — (n — 1) при выполнении усло. вий n и, и, + п = и, что значительно расширяет функциональные воз" можности коррелометра.

1. Многоканальный многомерный цифровой коррелометр, содержащий группу из n (n — число многомерных случайных процессов, натуральное число) аналогоцифровых преобразователей, информационные входы которых являются информационными входами коррелометра, две группы регистров, блок памяти, арифметический блок, счетчик адреса, блок выбора сомножителей и блок синхронизации, первый выход которого соединен с тактовым входом счетчика адреса, выход которого соединен с адресным входом блока памяти, информационные входы регистров обеих групп соединены с выходами соответствующих аналого" цифровых преобразователей группы, выходы регистров первой группы объедине" ны через первое монтажное ИЛИ и подключены к первому информационному вхо" ду арифметического блока, второй информационный вход которого соединен с объединенными через второе монтажное ИЛИ выходами регистров второй группы, третий информационный вход арифметического блока соединен с информационный выходом блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом арифметического блока, первая и вторая группы выходов блока выбора сомножителей соединены соот- ветственно с входами разрешения считывания регистров первой и второй групп, второй выход блока синхронизации соединен с тактовыми входами регистров первой группы, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введен блок задания режима, выходы значений коэффициентов пересчета которого соединены с соответствующими входами управления выбором пар сомножителей блока выбора сомножителей, выход которого соединен с входом начальной установки блока синхронизации, вход задания режима которого соединен с информационным выходом блока задания режима, третий выход блока синхрони1305714

На 8лоды блока 2 яа шкоды блока 3

Фиа2

Составитель Е.Ефимова

Редактор В.Данко Техред В.Кадар

Корректор А.Обручар

Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1454/48

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 зации соединен с входами запуска аналого-цифровых преобразователей, четвертый выход блока синхронизации сое-. динен с тактовыми входами регистров второй группы, пятый выход блока синхронизации соединен с входом разрешения записи-считывания блока памяти, шестой, выход блока синхронизации соединен с входом синхронизации арифметического блока. 1О

2. Коррелометр по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что блок выбора сомножителей содержит два дешифратора, два счетчика, триггер и m каналов и-1 15 (m = и/2 при п-÷åòíoì, m = — — при

n — нечетном, m — число режимов работы коррелометра), каждый i-й канал (i

1,2,...,m) содержит первую группу из i элементов И, вторую группу из

n — i элементов И, третью группу из

i элементов И и четвертую группу из

n — - i элементов И, первые входы элементов И групп каждого канала объединены и являются первым входом управления выбором пар сомножителей блока, вторые входы элементов И первой и четвертой групп каждого канала объединены и подключены к нулевому выходу триггера, вторые входы элементов И второй и третьей групп каждого канала объединены и подключены к единичному выходу триггера, третьи входы opHQHMeHHbIx элементов И первой и третьей групп объединены и подключены к выходам первого дешифратора, входы которого подключены к выходам первого счетчика, третьи входы одноименных элементов И второй и четвертой групп объединены и подключены к выходам второго дешифратора, входы которого подключены к выходам второго счетчика, счетный вход второго счетчика подключен к выходу первого счетчика, а выход — к счетному входу триггера, информационные входы первого и второго счетчиков являются соответственно вторым и третьим входами управления выбором пар сомножителей блока, выходы элементов И первой и второй групп являются первой группой выходов блока, выходы элементов И третьей и четвертой групп являЪ ются второй группой выходов блока.