Многоканальный автокоррелятор

 

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к определению временных характеристик стационарных случайных процессов , и предназначено для статистического анализа. Цель изобретения -упрощение конструкции. Новым в устройстве является введение регистра сдвига. Работа устройства основана на связи оценки спектра Sx 0) мощности случайного процесса с автокорреляционной функцией Rx( т). 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,(я)5 G 06 G 7/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4772363/24 (22) 22.12,89 (46) 07.03.92,Бюл. М 9 (71) Минский научно-исследовательский институт радиоматериалов (72) Н.В.Нечаев и В.В.Казаков (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1305716, кл. 6 06 F 15/36, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 817733, кл. G 06 0 7/19, 1981.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к определению временных характеристик стационарных эргодических случайных процессов, и предназначено для статистического анализа.

Известен коррелятор, содержащий биполярные ключи, генератор функций Уолша, усреднители, интеграторы, блок умножения, весовой сумматор (1).

Недостатком коррелятора является необходимость значительного увеличения количества ключей для многоканального варианта.

Известен многоканальный автокоррелятор, содержащий генератор функций Уолша, выходы которого подключены к первым входам биполярных кяючей всех каналов, при этом вторые входы биполярных ключей объединены и являются входом автокорре»5U 1718242 Al (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОКОРРЕЛЯТ0Р (57) Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к определению временных характеристик стационарных случайных процессов, и предназначено для статистического анализа. Цель изобретения — упрощение конструкции. Новым в устройстве является введение регистра сдвига. Работа устройства основана на связи оценки спектра Ях (I) мощности случайного процесса с автокорреляционной функцией R (ò), 1 ил. лятора, выход биполярного ключа в каждом канале соединен с входом интегратора это-. го канала, входы весовых сумматоров соединены соответственно с выходами блоков усреднения каждого канала, а также блок. управления и в каждом канале аналоговый ключ и квадратор, вход которого соединен с выходом аналогового ключа, а выход — с входом блока усреднения своего канала, информационный вход аналогового ключа. подключен к выходу интегратора, управляющие входы интеграторов и аналоговых ключей всех каналов подключены к выходу блока управления, вход которого соединен с управляющим выходом генератора функций Уолша (2).

Недостатком такого автокоррелятора является сложность конструкции за счет наличия генератора функций Уолша параллельного типа и биполярных ключей.

1718242

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что в многоканальный автокоррелятор, содержащий N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого ключа, интегратора, второго ключа, квадратора и блока усреднения, N весовых сумматоров, входы которых соединены соответственно с выходами блоков усреднения каждого канала, при этом информационные входы первых ключей N каналов объединены и являются входом автокоррелятора, входы установки в ноль интеграторов и управляющие входы вторых ключей N каналов объединены, введен регистр сдвига, 1-й (1=Г Й) разрядный выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 1-го канала, а выход переполнения— с входом установки в ноль регистра сдвига и управляющими входами вторых ключей каналов, На чертеже представлена блок-схема предлагаемого автокоррелятора.

Многоканальный автокоррелятор содержит регистр 1 сдвига, к разрядным выходам которого подключены управляющие входы первых ключей 2,. количество которых равно числу вычислительных каналов. Каждый канал состоит из последовательно соединенных первого ключа 2, интегратора 3, второго ключа 4, квадратора 5, блока 6 уп-. равления. Выходы всех блоков усреднения соединены с соответствующими входами весовых сумматоров 7, выходы которых являются выходами автокоррелятора, Информационные входы ключей 2 обьединены и являются входом автокоррелятора. Выход сигнала переполнения регистра 1 сдвига соединен с входами установки в ноль интеграторов 3, регистра 1 сдвига и с управляющими входами вторых ключей 4.

Для определения автокорреляционной функции стационарного случайного процесса x(t) используются следующие оценки:

40

50 где ЙЯ, 1) — функция автокорреляции базис® ной системы функций.

Тогда

Соотношения (1) и (2) в матричной форме можно записать как

Й»=MR х

1 где M имеет вид

N — 1

Rx(t)= 1/N, Я х(k) х(k+ t);

k=O

N-t — 1

R х(ф" 1/N x(k)x(k+t). =о

О 0 0,.........., 0 0 0

О О О ........... 0 Q

О О (D ........... 0 3 0

0 Q О 1 ° .......,. 1 0 0

00 j О........, ..10

О 1 07 О ......... 0 0

Пусть z O, k) — дискретная система функций, об азующая базис в пространстве RN, j, k, N-1. Тогда в качестве оценки спектра мощности центрированного стационарного

15 случайного процесса можно использовать

И вЂ” 1

$» .()) 1/й g (ар (j)), (3) р=о

20 где ар () — коэффициенты разложения последовательности x(i); р — номер циклического сдвига.

Используя разложение последовательности х((р+ k) Ь1), где Л t — шаг дискретизации, в ряд по базисной системе z(j, k), получают

И вЂ” 1 и-1 Н вЂ” 1

s,*(j)-1/м g р=О k=0 m=0

° х f(p+k ht)x((p+ m) At) z(j, k) z(j, m). (4) Применив к выражению (4) замену а=1+ 1 и изменив порядок суммирования, имеют

N — 1 N— - 1

S, I- X Я,(1Лt) ОР) { >, +1).

I =о k=О (5)

Вводят обозначение

И вЂ” 1 и 1) = 1/N g О,1) z g, +!), k=O

Зх (3) = 1/N 14 R» (1, Л t) . (6) В качестве произвольной дискретной системы функций используют преобразование z, которое представляет собой верхнетреугольную матрицу, элементы которой равны единице, 1718242

Таким образом, если разбить интервал времени (О, Т) на и участков (п 2 N) длиной

10 Тр и вычислить преобразование по z для каждого иэ этих участков с возведением в квадрат коэффициентов разложения по z, то получают и периодограмм, среднее арифметическое которых при достаточно больших

15 Тр и и и даетоценку спектральной плотности мощности Sx () по преобразованию z. которая является как несмещенной, так и состоятельной.

«1

Sx g) = Sx„(j) р — 0

Таким образом, искомая корреляцион25 ная функция определяется выражением

Rx (<) — N Rz Sx 0) °

Sx (3) = 1 И Rz Rx (<)

30 где Rz- матрица автокорреляции по базису

Для N-8

Применив слева и справа преобразова- 4б

we Rz (Rz -матрица, обратная йДи учитывая свойство Rx(t)- Rx(N-t), получают выражение для вычисления значений автокорреляционной функции процесса x(t) по оценкам спектральной плотности мощности 50

Sx g):

Rx1/NRz Sx йх для произвольной размерности 55 имеет вид

44....... Г 4

0 4 4 4 4 4 4

0 0

О 0 04

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° е ° ° ° °

0000.....144

О 000 О

0000..00

Обратная матрица имеет вид

4-4 00 ..... OOQ

0 4-40..... 000

0 0 4 -4 ..... 0 0 0

0О О4 .....ОО0

° ° ° ° ° . ° ° ° 1 °

О О 0 0 ..... 4 -4 O

00 Оо.....О4-4

0 О 0 0,.... О 0 4

Исходя из выражения (6), можно вычислить оценку спектральной плотности мощности по преобразованию z. В матричной форме

8. 8 888888

7 6 66666 6

6 5 444445

5 4 322 234

4 Ъ 240 423

2 400042 а 4 ОООС(04

4 0 0 00000

0 000........, О 0 0

О О 0 О ......... 0 0 «2 -(0 О О 0.........0 ((2-(«2

О О О а .........((2 -((/2 О

0 0 ((2-(;;...,. 0 Ь 0 0

О (/2.-((/а.......о О о 0 (/2 -(Ц2. 0 °....., О О 0 О

Работает автокоррелятор следующим образом.

На вход автокоррелятора в виде напряжения поступает исследуемый процесс x(t).

Работой ключей 2 управляет регистр 1 сдвига, в результате чего включаются последовательно ключи 2 от первого до N-го.

Преобразованные напряжения с выходов ключей 2 поступают на вход интеграторов 3.

Такое преобразование происходит в течение времени Тр, где Тр — интервал преобразование по z. По окончании времени 1=Тр регистр 1 сдвига вырабатывает сигнал переполнения. по переднему фронту которого регистр сдвига устанавливается в ноль и открываются ключи 4, в результате чего напряжения с выходов интеграторов 3 возводятся в квадрат и поступают на вход блоков б усреднения, где они запоминаются. По заднему фронту сигнала переполнения происходит сброс интеграторов 3 в ноль и начинается второй цикл вычисления аналогичным образом. По истечении времени Т= пТр, где n > N, на выходе весовых сумматоров 7 присутствуют напряжения соответствующих ординат автокорреляционной функции.

Значения весовых сопротивлений весовых сумматоров выбираются в соответствии со значениями элементов строк матрицы Rz .

Так, например, значения весовых сопротив171 В242 лений третьего сумматора 7 выбираются такими, чтобы выходное напряжение на его выходе было равно где Uaö- напряжение с выходов 1-х блоков усреднения;

Kg-=1/2, К6=1, Kz1/2.

Составитель Н.Нечаев

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С,Шевкун

Редактор Т.Юрчикова

С,ШЗаказ 883 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Овыхз = K (K5 увкб К6 0вх6 + K7 вх7) х

Таким образом, введение регистра сдвига укорачивает схему автокоррелятора, так как в нем отсутствуют генератор функций Уолша параллельного типа, блок управления, а биполярные ключи заменены на 2О одномерные, т.е. цель достигнута, Формула изобретения

Многоканальный автокоррелятор, содержащий N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных первого ключа, интегратора, второго ключа, квадратора и блока усреднения, N весовых сумматоров, входы которых соединены соответственно с выходами блоков усреднения каждого канала, причем информационные входы первых ключей N каналов объединены и являются входом автокоррелятора, входы установки в ноль интеграторов и управляющие входы вторых ключей N каналов обьединены, отличающийся тем, что, с целью упрощения, в него введен регистр сдвига, l-й (i-1, N) разрядный выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 1-го канала, а выход переполнения регистра — соединен с выходом установки в ноль регистра сдвига и с управляющими входами вторых ключей И каналов,