Цифровой коррелятор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1,.Я0„„ 132882 ю 4 С 06 F 15/336

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 4006683/24-24 (22) 07 ° 01.86 (46) 07.08.87. Бюл. У 29 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) Б.Я. Авдеев, А.П. Мадыев, А.В.Минаев и В.В. Ященко (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 46924?, кл. G 06 F 15/336, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1282158, кл. G 06 F 15/336, 1986. (54) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР .(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может применяться для обработки данных, представленных неравноотстоящими отсчетами. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет анализа случайного процесса, представленного неравноотстоящими отсчетами, путем обработки слабокоррелированных выборок. Предлагаемое устройство позволяет измерить корреляционную функцию сигнала по его неравноотстоящим отсчетам. Формирование частичных произведений из слабокоррелированных между собой пар отсчетов позволяет оценить требуемую статистическую точность и необходимый для этого объем выборки по каждой ординате. Коррелятор содержит регистры 2 и 14, блоки

3, 4, 9 и 10 памяти, блоки 5 и 6 умножения, накапливающие сумматоры 7 и а 4D

8, блок 11 синхронизации, фиксаторы

13 сдвига, переключатель 15, входы

18 и 19, выход 12, 2 ил.

1328825

Изобретение относится к информа ционно-измерительной технике и может применяться для обработки данных,полученных с выхода цифровых адаптивных информационно-измерительных систем (ЦАИИС).

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет возможности анализа случайного процесса, 1ð представленного неравноотстоящими отсчетами, путем обработки слабокоррелированных выборок.

На фиг, 1 представлена структурная схема коррелятора; на фиг. 2 — схема фиксатора сдвига.

Цифровой коррелятор (фиг. 1) содержит информационный вход 1, регистр.

2 сдвига, первый Э и второй 4 блоки памяти, первый 5, второй 6 блоки умножения, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, третий 9 и четвертый 10 блоки памяти, блок 11 синхронизации, выходы 12, N фиксаторов 13 сдвига, и-разрядный регистр 14 сдвига,2Б переключатель 15, первый 16 и второй

17 элементы ИЛИ, стробирующий вход 18,. тактовый вход 19.

Фиксатор сдвига (фиг. 2) содержит

RS-триггер 20, элемент И 21, входы 30

22-24, переключатель 25, счетчик

26, выход 27.

Коррелятор работает слецующим образом.

Перед началом измерения корреляционной функции все блоки 3, 4, 9 и

10 памяти, сумматоры 7 и 8, регистр

14 RS-триггеры 20, счетчики 26 в каждом блоке 13 обнуляются. Коды отсчетов, сопровождающие их строб-им- 4О пульсы и тактовые импульсы, поступают соответственно на входы 1, 18 и 19. Вся эта информация может посту- пать как непосредственно с выхода

ЦАИИС, так и с выхода блока воспроиз- 45 ведения с магнитной ленты.

Для анализа нерегулярной последо вательности отсчетов переключатели ,15 и 25 замыкаются.

Ординаты корреляционной функции 50 ло неравноотсящим отсчетам формируют-! ,.ся путем накопления частичных произведений, получаемых перемножением пар отсчетов. Интервал сдвига между отсчетами, образующих частичное произ= 65 ведение, является аргументом корреляционной функции. Частичные произведения со всеми возможными сдвигами формируются в промежутках между приходом отсчетов, Каждое частичное произведение формируется из вновь пришедшего отсчета и всеми предыдущими на текущем интервале корреляции, .Каждый вновь пришедший отсчет до прихода следующего должен поочередно умножится на все предыдущие, начиная с самого раннего, пришедшего за время текущего интервала корреляции. Перемножение каждой пары отсчетов, т.е. формирование частичных произведений, разрешается при одновременном выполнении условий:

1) оба сомножителя являются кодами отсчетов, а не нулевыми пробелами;

2) объем выборки по ординате корреляционной функции с аргументом, равным интервалу сдвига между перемножаемыми отсчетами, не достиг заданного значения;

3) интервал сдвига между данными отсчетами зафиксирован в текущем интервале впервые.

Выполнение последнего условия позволяет для каждой ординаты корреляционной функции формировать частичные произведения только из одной пары отсчетов среди всех возможных на каждом интервале корреляции пар отсчетов с соответствующим сдвигом внутри пары.

Следовательно, соответствующие ординаты корреляционной функции формируются парами отсчетов, выбранных через интервал корреляции, а поэтому слабокоррелированных. Это позволяет пренебречь степенью коррелированности частичных произведений при оценке точности по каждой ординате, которая в этом случае определяется значением самой ординаты и объемом выборки по ней.

Коды отсчетов поступают в коррелятор в определенные моменты времени, обозначаемые тактовыми импульсами, Код каждого отсчета, кроме того,сопровождается строб-импульсом. Вновь пришедший код отсчета записывается одновременно в регистр 2 и в первую ячейку блока 3 памяти. Запись производится синхроимпульсом, прошедшим на входы записи указанных блоков и на вход записи блока памяти. При этом содержимое блоков 3 и 4 памяти сдвигается на разряд вправо, причем содержимое из последней ячейки блока 3 памяти переписывается в первую ячейку блока 4 памяти. Одновременно тот же синхроимпульс, поступая. на

1328825 вход записи регистра 14, сдвигает на разряд вправо его содержимое, а в его первый разряд записывается логическая "1" от строб-импульса про5 шедшего на информационный вход регистра.

При отсутствии отсчета на данном такте в первую ячейку блока памяти записывается нулевой пробел в "0" в первый разряд регистра 14. Такая регулярная по синхроимпульсам запись в блоки 3 и 4 памяти, в регистр 14 при нерегулярном поступлении отсчетов, сопровождаемых строб-импульсами, располагает коды отсчетов в блоках

3 и 4 памяти аналогично "1" в разрядах регистра сдвига, в зависимости от темпа их поступления. В свою очередь расположение "1" в разрядах ре — 20 гистра 14 говорит о наличии отсчетов на соответствующих предыдущих тактах текущего интервала корреляции независимо от значений самих отсчетов.

Таким образом, разряды регистра 25

14 содержат информацию о временном положении отсчетов на текущем интервале корреляции, а в блоках 3 и 4 памяти содержатся сами значения этих отсчетов. Этим исключается принятие д0 отсутствия отсчета (нулевого пробела) за отсчет с нулевым значением или наоборот, Период Т „ следования такто-, вых импульсов равен минимальному такту поступления отсчетов и задает шаг

At аргумента корреляционной функции.

Код вновь пришедшего отсчета, подаваемого с выхода регистра 2 на первые входы блока 5 и 6 умножения, является первым сомножителем. На вторые 40 входы этих же блоков подаются вторые сомножителя — содержимое последних ячеек блоков памяти соответственно.

Перемножение сомножителей - формирование частичного произведения — разре-45 шено для этой пары сомножителей, для которой выполняются условия (1-3) .

Проверка этих условий для всех воз-можных на текущем интервале корреляции сомножителей происходит в цикле 50 формирования частичных произведений, запускаемом после прихода каждого отсчета, сопровождаемого строб-импульсом. Последний поступает, в частности, на вход запуска блока 11 синхронизации. Через время задержки ь t, состоящего из времени записи в ре— гистр 2 и времени сдвига содержимого в блоке памяти, блок 11 синхронизации выдает со своего первого выхода пачку формирующих импульсов, а со второго — с задержкой пачку импульсов опроса. Периоды повторения для импульсов каждой пачки одинаковы. Условия (1-3) проверяются одновременно для двух пар сомножителей: содержимое регистра 2 — первый сомножитель — не меняется, а вторые сомножители последовательно считываются импульсами опроса из блоков 3 и 4 памяти, синхронно с этим из блоков 9 и 10 памяти отсчитываются ординаты корреляционной функции на выход 12, к которым в случае выполнения условий (1-3) прибавятся соответствующие частичные произведения.

Первыми в цикле отбора проверяются условия (1-3) для двух пар сомножителей с интервалами сдвига (N/2-1) и (N-1), которые уже подаются на вхо-, де блоков 7 и 9 умножения с выхода регистра 2 и из последних (N/?)-х ячеек блоков 3 и 4 памяти. Проверка условий (1-3) для этих двух пар производится соответственно в (N/2)-м и

N-м фиксаторах сдвига 13. Первый сомножитель — вновь пришедший отсчет— всегда удовлетворяет условию (1),так как цикл формирования частичных произведений запускается с его приходом.

Условие (1) для вторых сомножитеtt 11 лей проверяется по наличию 1 в, .(N/2)-ми N-м разрядах регистра 14, которые соединены с входами 24 одноменных фиксаторов 13 сдвига."1" на нверсном выходе переноса счетчика

26 свидетельствует о выполнении условия (2), а "1" на инверсном выходе

RS-триггера 20 — условия (3).

Одновременное выполнение условий (1-3) открывает элемент И 21 для прохождения первого формирующего им.пуса через тот фиксатор 13 сдвига, в котором эти условия выполняются.

Допустим, что они выполнялись только в (N/2) — м фиксаторе 13 сдвига, т.е. частичное произведение со сдвигом (N/2-1) должно быть сформированс

Формирующий импульс проходит на выход 27 (N/2)-ro фиксатора IÇ сдвига, затем через элемент ИЛИ 16 — на упправляющий вход блока 5 умножения и производит формирование частичного произведения, которое в сумматоре 7 складывается с соответствующей текущей ординатой корреляционной функции, подаваемой на второй вход последнего

10

f5

5 132 из (N/2)-й ячейки блока 9 памяти.06новленная текущая ордината с выхода сумматора 7 подается на вход этого же блока.9, В (N/2)-м фиксаторе 13 сдвига после прохождения первого в цикле формирования формирующего импульса происходит опрокидывание триггера 20 и увеличение на "1" содержимого счетчика 26. До тех пор пока триггер 20 не установлен в исходное состояние, формирующие импульсы не проходят через (N/2)-й фиксатор 13 сдвига, т.е. не формируется частичное произведение со сдвигом (N/2-1)д|,, так как не выполняется условие (1) при выполнении остальных условий (2 и 3).

Невыполнение какого-либо из условий (1-3) в N-м фиксаторе 13 сдвига приводит к тому, что первый в цикле формирования формирующий импульс не проходит через этот фиксатор сдвига. На выходе блока 6 умножения

"0", который и поступает на первый вход сумматора 8, на второй вход которого поступает из последней (N/2)-й ячейки блока 10 памяти последняя текущая ордината текущей корреляционной функции самого большого аргумента (N-1) Л, В сумматоре 8 эта ордината сложится с "О" и это значение подается на вход блока 10.

Таким образом, сумматоры 7 и 8 содержат соответственно обновленную текущую ординату аргумента (N/2-1)д Г и переднюю текущую ординату аргумента (N-1)дь . Запись этих ординат в те же блоки памяти, но уже в их первые ячейки происходит по первому импульсу опроса, поступающему, в частности, на входы записи блоков 9 и

10 памяти. При этом содержимое этих блоков памяти сдвигается на разряд вправо. На выходе этих блоков памяти появляются ординаты аргументов соответственно (N/2-2) д и (N-2) д |

Одновременно первый импульс опроса, поступив на входы считывания блоков 3 и 4 памяти, сдвигает их содержимое на разряд вправо, причем содержимое их последних (N/2)-х ячеек переписывается в их первые ячейки. На вторые входы блоков 5 и 6 умножения поступает теперь содержимое предпоследних (N/2-1)-х ячеек блоков 3 и 4 памяти, Содержимое регистра 2 не меняется и по-прежнему поступает на первые входы блоков 5 и 6 умножения.

Таким образом, подготовлены к провер8825 6 ке условия (1-3) сомножители со сдвигом (N/2-2)дь, которые в случае выполнения условий (1-3) просуммируются с текущими ординатами аргументов (N/2-2)д |,и (N-2 ) д |, Задержка между первыми импульсами формирующими и роса t3q7p 1-пр+ 1-ср ь rpe t p время прохождения формирующего импульса через блок ii и через фиксатор сдвига t — суммарное время сраба9 Cp(1 6 тывания одного блока умножения и сумматора.

После того, как происходит первый сдвиг содержимого во всех блоках па. мяти от первого импульса опроса, блок

11 синхронизации выдает со своего выхода второй формирующий импульс, который поступает на вторые входы одновременно (N/2-1)-ro и (N-1)-го фиксаторов 13 сдвига. В этих фиксаторах сдвига проверяются условия (1-3) для сомножителей со сдвигами соответственно (N/2-2) и (N-2), которые уже поданы на входы блоков 5 и 6 умножения. Проверка условий и формирование в случае выполнения (1-3) частичных произведений со сдвигами (N/2-2).др и (N-2)d7 происходит так же, как и на предыдущем шаге.

Второй импульс опроса записывает текущие ординаты аргументов (М/2-2)дГ и (N-2)д| (обновленные или необновленные) в первые ячейки блоков 9 и

10 памяти, сдвинув при этом содержимое блоков 9 и 10 на разряд вправо °

Этот же второй импульс опроса сдвигает на разряд вправо содержимое блоков 3 и 4 памяти, переписав в их первые ячейки содержимое из последних ячеек.

40 После второго импульса опроса подготовлены к проверке условий (1-3) сомножители со сдвигами (N/2-3)д и (N-3)дТ и к обновлению в случае выполнения условий (1-3) текущие ординаты аргументов (N/2-3)д |" и (N-3) д ь.

Цикл формирования частичных произведений закончится после того, как последний (N/2)-й импульс опроса установит информацию во всех блоках памяти в Состояние, исходное на начало цикла.

Таким образом, проверены условия (1-3) для пар отсчетов, образованных вновь пришедшим отсчетом и всеми предыдущими, включая и сам вновь пришедший, отсчетами на текущем интервале корреляции, сформированы, в случае выполнения условий (1-3), соответствующие частичные произведения и про1328825 8 ний с соответствующими сдвигами, кото. рые взяты из соседних интервалов корреляции. Эти частичные произведения, следовательно, можно считать слабокоррелированными, что позволяет пренебречь степенью коррелированности между ними при оценке статической погрешности соответствующей ординаты

1р корреляционной функции сигнала, представленного неравноотстоящими отсчетами.

При обработке регулярной последовательности отсчетов тактовые импульсы и строб-импульсы совпадают и при замкнутых переключателях 15 и 25 на каждом интервале корреляции формируются N частичных произведений со сдвигами от О до (N-1) h так как режим

20 некоррелированной выборки.

При разомкнутых переключателях 15 и 25 и регулярном поступлении отсчетов ординаты измеряемой корреляционной функции формируется из всех воз25 можных частичных произведений с соответствующими сдвигами.

Для работы в реальном масштабе времени необходимо выполнение условия зло сД5

Цифровой коррелятор, содержащий регистр сдвига, п-разрядный регистр

55 сдвига (n = 1,2,...,N — натуральное число), два блока умножения, два накапливающих:сумматора, переключатель выбора режима работы и и фиксаторов сдвига, каждый из которых содержит суммированы с соответствующими теку щими ординатами корреляционной функ ции. При этом в соответствующих фик саторах сдвига значение соответству щего объема выборки, хранимое в сче чиках 26, увеличится на "1"; а опро кинувшийся триггер 20 исключает на текущем интервале корреляции повтор ные формирования частичных произведений с этим же сдвигом. После окон чания очередного цикла формирования частичных произведений устройство готово к приходу следующего отсчета

Окончание текущего интервала кор реляции обозначается сдвигом "1" из

N-ro в (N+1) é разряд регистра 14, т.е. эта единица, первая в текущем интервале корреляции, продвигается первого разряда до И-го за время (И-1)Д . Положительный перепад логических уровней с выхода (И+1)-г разрйда регистра 14 через переключа тель 15 проходит на вход начальной установки регистра 14 и через входы

22 каждого фиксатора 13 сдвига — на

R-входы RS-триггеров 20, Регистр 14 и RS-триггеры 20 установлены в .исходное состояние: все разряды первого обнуляются, а на инверсных выходах З0 последних появляются 1, Устройство подготовлено к проверке условий (1-3) для каждой пары сомножителей и последующему формированию частичных произведений на новом интервале корреляции.

Запуск цикла формирования частичных произведений после прихода каждого отсчета позволяет просмотреть все возможные на текущем интервале корреляции интервалы сдвига между всеми 40 поступающими отсчетами.При достижении объема выборки по какой-либо ординате число в счетчике 26 соответствующего фиксатора сдвига достигает конечной емкости счетчика и на его инверсном выходе переноса появляется

"0", который сделает невозможным выполнение условий (3) в рассматриваемом фиксаторе 13 сдвига для сомножителей с соответствующим сдвигом. Про50 цесс измерения корреляционной функции завершается при достижении заданного объема выборки по всем ординатам. Формирование частичных произведений со всеми возможными сдвигами только по одному разу на интервале корреляции приводит к тому, что ординаты корреляционной функции формируются из тех частичных произведет„„„) (И/2+1) т„ где Т „„ — минимальный период следования отсчетов;

Т вЂ” минимальный период следова.ния формирующих импульсов;

N/2 — разрядность каждого из блоков памяти.

В свою очередь где t — время сдвига содержимого в блоках памяти.

Разрядность И+1 регистра 14 сдвига, число N фиксаторов 13 сдвига, емкость N/2 блоков памяти определяется числом N ординат корреляционной функции исследуемого сигнала.Емкость счетчиков 26 определяется объемом выборки по каждой ординате.

Формула изобретения

9 1328825 о

RS-триггер, элемент И и переключа тель, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, инверснь1й выход которого соединен с первым входом эле- 5 мента И, выход которого соединен с входом переключателя, тактовый вход и-разрядного регистра сдвига является одноименным входом коррелятора, информационный вход которого являет- 10 ся одноименным входом регистра сдвига, выходы блоков умножения соединены соответственно с первыми входами соответствующих накапливающих сумматоров, разрядные выходы и-разрядного 15 регистра сдвига соединены с вторыми входами элементов И соответствующих фиксаторов сдвига, третьи входы которых соединены с выходом переключателя выбора режима работы и подключены к 20 входу начальной установки п-разрядного регистра сдвига, выход младшего разряда которого соединен с входом переключателя выбора режима работы, информационный вход п-разрядного ре- 25 гистра сцвига является входом стробирования коррелятора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения возможности анализа слу- 30 чайного процесса, представленного неравноотстоящими отсчетами, путем обработки слабокоррелированных выборок, в него введены блок синхронизации,два элемента ИЛИ и четыре блока памяти, а в каждый фиксатор сдвига введен счетчик, выход регистра сдвига соединен с первым информационным входом первого блока памяти и с первыми входами блоков умножения, выход пер- 40 вого блока памяти соединен с первым ,информационным входом второго блока памяти, с вторым входом первого блока умножения и со своим вторым информационным входом, выход второго блока памяти соединен с вторым входом второго блока умножения и со своим вторым информационным входом, выходы первого и второго накапливающих сумматоров соединены соответственно с информационными входами третьего и четвертого блоков памяти, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами первого и второго накапливающих сумматоров и являются выходами значений соответствующих ординат коррелятора, вход запуска блока синхронизации соединен с информационным входом и-разрядного регистра сдвига, первый выход блока синхронизации соединен с входами разрешения сдвига первого и второго блоков памяти и с входами записи-считывания третьего и четвертого блоков памяти, тактовый вход регистра сдвига, входы записи-считывания первого и второго блоков памяти соединены с тактовым входом и-разрядного регистра сдвига, выходы с первого по N/2-и группы блока синхронизации соединены соответственно с R-входами RS-триггеров i-x (1 = N/2, 1) и j-x (j = N; N/2+1) фиксаторов сдвига, выходы элементов И с первого по N/2-й фиксаторов сдвига соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом первого блока умножения, выходы элементов И с (N/2+1)-ro по И-й фиксаторов сдвига соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом второго блока умножения, в каждом фиксаторе сдвига выход элемента И соединен со счетным входом счетчика, инверсный выход переполнения которого соединен счетвертым входом элемента И.

1328825

22

Риг. 2

Редактор M. Бланар

Заказ 3489/51 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2З

Составитель Е. Ефимова

Техред И.Попович Корректор И. Муска