Многоканальный многомерный цифровой коррелометр

 

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ МНОГОМЕРНЫЙ ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первую группу аналого-цифровых преобразователей , входы которых являются .первой группой входов коррелометра , а выходы подключены соответственно к первым информационным входам регистров первой и второй группы, арифметический блок, блок памяти, блок управления и адресный счетчик. отличающийся тем, что. с целью увеличения быстродействия, в коррелометр введены четыре стробируемых дешифратора, вторая группа аналого-цифровых преобразователей, третья и четвертая группы регистров, арифметический блок состоит из блока умножения, сумматора и регистра, а блок управления состоит из первого генератора импульсов, триггера, второго генератора импульсов, первого счетчика, второго счетчика и дешифратора, причем выход первого генератора импульсов соединен с единичным входом триггера и управляющими входами аналого-цифровых преобразователей первой и второй групп, выход триггера соединен с управляющим входом второго генератора импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика , разрядные выходы которого подключены к входам дешифратора, первый выход которого соединен с входом обращения блока памяти, второй выход дешифратора подключен к управляющим входам стробируемых дешифраторов , третий выход дешифратора подключен к управляющему входу регистра арифметического блока, чет-: вертый выход - к счетному входу адресного счетчика, пятый выход к счетному входу второго счетчика блока управления, выход переполнения второго счетчика блока управления соединен с нулевым входом триггера, входы второй группы ана (Л лого-цифровых преобразователей являются второй группой входов коррелометра , первый информационный вход регистра арифметического блока соединен с выходом сумматора, а выход с первым информационным входом сумматора и информационным входом блока памяти, выход которого подключен 2S к второму информационному входу регистра арифметического блока, вход м синхронизации которого подключен к третьему выходу дешифратора, второй информационный вход сумматора подключен к выходу блока умножения, выходы аналого-цифровых преобразователей второй группы подключены к первым информационным входам регистров третьей и четвертой групп, причем выходы регистров третьей группы и вывыходы регистров первой группы подключены к первому информационному входу блока умножения, а выходы регистров второй и четвертой групп подключены к второму информационному входу блока умножения, входы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИЮИСТИЧЕОКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц4 G 06 F 15/336 (21) 3759496/24-24 (22) 05.04.84 (46) 23.10.85. Бюл. ¹ 39 (72) В.Н. Андреев и Ю.И. Грибанов (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 419895, кл. G 06 F 15/336, 1972.

Авторское свидетельство СССР № 414593, кл. G 06 F 15/336, 1972. (54) (57) МНОГОКАНАЛЬНЫИ МНОГОМЕРНЫЙ

ЦИФРОВОИ КОРРЕЛОМЕТР, содержащий первую группу аналого-цифровых преобразователей, входы которых являются ,первой группой входов коррелометра, а выходы подключены соответственно к первым информационным входам регистров первой и второй группы, арифметический блок, блок памяти, блок управления и адресный счетчик, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в коррелометр введены четыре стробируемых дешифратора, вторая группа аналого-цифровых преобразователей, третья и четвертая группы регистров, арифметический блок состоит из блока умножения, сумматора и регистра,, а блок управления состоит из первого генератора импульсов, триггера, второго генератора импульсов, первого счетчика, второго счетчика и дешифратора, причем выход первого генератора импульсов соединен с единичным входом триггера и управляющими входами аналого-цифровых преобразователей первой и второй групп, выход триггера соединен с управляющим входом второго генератора импульсов, выход которого подключен к счетному входу первого счетÄÄSUÄÄ 1187177, А чика, разрядные выходы которого подключены к входам дешифратора, первый выход которого соединен с входом обращения блока памяти, второй выход дешифратора подключен к управляющим входам стробируемых дешифраторов, третий выход дешифратора подключен к управляющему входу регистра арифметического блока, четвертый выход — к счетному входу адресного счетчика, пятый выход— к счетному входу второго счетчика блока управления, выход переполнения второго счетчика блока управления соединен с нулевым входом триггера, входы второй группы аналого-цифровых преобразователей являются второй группой входов коррелометра, первый информационный вход регистра арифметического блока соединен с выходом сумматора, а выход— с первым информационным входом сумматора и информационным входом блока памяти, выход которого подключен к второму информационному входу регистра арифметического блока, вход синхронизации которого подключен к третьему выходу дешифратора, второй информационный вход сумматора подключен к выходу блока умножения, выходы аналого-цифровых преобразователей второй группы подключены к первым информационным входам регистров третьей и четвертой групп, причем выходы регистров третьей группы и вывыходы регистров первой группы подключены к первому информационному входу блока умножения, а выходы регистров второй и четвертой групп подключены к второму информационному входу блока умножения, входы

1187177 с-.робирования регистров пеРвой груп пы подключены к выходу первого стробируемого дешифратора, входы стробирования регистров второй группы подключены к выходу второго стробируемого дешифратора, входы стробирования регистров третьей группы подключены к выходу третьего стробируемого дешифратора, входы стробирования регистров четвертой группы подключены к выходу четвертого стробируемого дешифратора, первый информационный вход которого объединен с первым информационным входом первого стробируемого дешифратора и подключен к единичному выходу адИзобретение относится к вычислительной технике, предназначено для измерения в реальном масштабе времени взаимной корреляционной функции (ВКФ) двух многомерных случайных процессов, каждый из которых имеет и случайных составляющих, при этом вычисляется марица КФ размера пй2п функций, причем все элементы матрицы вычисляются одно- 1О временно, и может быть использовано в системах автоматического управления, обработки измерительной информации, технологического контроля, технической диагностики и т.д, Цель изобретения — увеличение быстродействия и снижение объема оборудования многомерного цифрового коррелометра при вычислении ВКФ двух многомерных случайных процессов.

На фиг. 1 изображена функциональная схема коррелометра; на фиг. 2 то же, арифметического блока; на фиг. 3 — то же, блока управления.

Коррелометр содержит первую группу аналого-цифровых преобразовате— лей 1, вторую группу аналого-цифровых преобразователей 2, первую группу регистров 3, вторую груп- ЗО пу регистров 4, третью группу регистров 5, четвертую группу регистров 6, арифметический блок 7, блок 8 памя-.и, блок 9 управления, адресный ресного счетчика, первые информационные входы второго и третьего стробируемых дешпфраторов объединены и подключены к нулевому выходу адресного счетчика, вторые информационные входы первого и второго стробируемых дешифраторов подклю— чены к выходу n-ro разряда адресного счетчика, вторые информационные входы третьего и четвертого стробируемых дешифраторов подклю- чены к выходу и-1-ro разряда адресного счетчика (где п - разрядность адресного счетчика), информационные выходы адресного счетчика подклю» чены к адресному входу блока памяти.

2 счетчик 10, стробируемые дешифраторы 11 — 14.

Арифметический блок 7 состоит из блока 15 умножения, сумматора 16, регистра 17. Первая группа входов блока 15 умножения подключена к выходам групп регистров 3 и 5, вторая группа входов блока 15 умножения подключена к выходам групп регистров 4 и 6, выходы блока 15 умножения подключены к первой группе входов сумматора 16, вторая группа входов которого подключена к информационным выходам регистра 17 и к информационным входам блока 8 памяти, выходы сумматора 16 подключены к первой группе информационных входов регистра 17, вторая группа информационных входов регистра 17 подключена к выходам блока 8 памяти, управляющий вход регистра 17 подключен к второму выходу блока 9 управления.

Блок 9 управления формирует последовательность команд, управляющих работой отдельных блоков коррелометра, и содержит первый генератор 18 импульсов, триггер 19, второй генератор 20 импульсой, счетчик 21, дешифратор 22, второй счетчик 23.

В блоке 9 управления первый генератор 18 импульсов выходом подключен к управляющим входам групп АЦП 1 и к первому (установочному "i") 1187177 (1(2,...(е«) 1=1(2,.—,п °

«,.(е,«;)«, ()е,.х),;) добавляется к сумме

)и получается сумма

3 входу триггера 19, выход которого подключен к управляющему входу второго генератора 20 импульсов, выход которого подключен к входу первого счетчика 21 разрядные выходы первого счетчика 21 подключены к входам дешифратора 22, выходы кото- . рого с первого по пятый подключены соответственно к управляющему входу блока 8 памяти, к входам стробирова- 10 ния дешифраторов 11 — 14, к управляющему входу регистра 17 арифмети ческого блока 7, к счетному входу

".адресного счетчика 10 и к входу

:второго счетчика 23, выход которого подключен к второму (установочному "0") входу триггера 19.

Коррелометр работает следующим образом.

Процесс обработки случайных процессов x(t) и y(t) состоит из N полных циклов вычислений (до достижения заданной статистической точности), в течение каждого из них вычисляется по одному произведению для всех значений временного сдвига kb(,(k = 0,1,...,m-1) между отсчетами обрабатываемых процессов, всего за цикл вычисляется 2п т произведений.

Каждый полный цикл состоит из m

30 частных циклов. В течение одного

1частного цикла вычисляются все произведения для одного значения временного сдвига — всего 2п произведений. Частный цикл состоит из 35

2п тактов. В течение такта получается произведение одной из пар отсчетов, находящихся в регистрах

5(j), 4(i) или 3(i), 6(j): х.((x") J;((e +ф)ьт) или

«,()е„.«) р,((,а)

Полученное произведение добавляется в арифметическом блоке 7 к частичной сумме произведений от- 45 счетов тех же процессов с соответ- ствующим временным сдвигом, полученной в предыдущих циклах вычислений, и получается новая частичная сумма. Например, произведение

50 - «;(е,х)яе, «) «) 4

Е х.,((„п)g.((e +w)и).

В процессе вычислений во вторую группу регистров 4 поступают отс eT" x Гke«eb(J x„f8(eeb72,B. вертую группу регистров 6 — отсчеты y„fE bi$- у„t,E h<) (в первый такт первого частного цикла, интервал следования отсчетов — тй Г); в первую группу регистров 3 и в третью группу регистров 5 поступают соответственно отсчеты х,(((+k} хх}-«(((,.х)«1}.

v,((e,.«}«е)-vÄ(eÄ (x)j в каждый первый такт каждого частного цикла вычислений, интервал следования отсчетов — Ьх., В течение каждого частного цик,ла вычислений получается набор произведений

x,((„«х х,.((e м}ж), «,((e м}ье)J.((„« ) всего 2п произведений.

Блок 9 управления работает следующим образом.

Генератор 18 импульсов формирует последовательность тактовых импульсов с интервалом следования

Ье, равным шагу задержки корреляционной функции. Каждый тактовый импульс с выхода генератора 18 импульсов поступает в группу блоков 1 и 2 АЦП на запуск АЦП по управляющим входам и устанавливает триггер 19 в "1", при этом запускается второй генератор 20 импульсов, импульсы с выхода которого поступают на первый счетчик 21. Выходы первого счетчика 21 подключены к входам дешифратора 22, который формирует последовательность команд, в течение каждого такта работы коррелометра: — управление считыванием (записью) блока 8 памяти (первый выход дешифратора 22); — стробирование дешифраторов 11—

14 и ввод таким образом пары сомножителей из групп регистров 3 — 6 (второй выход дешифратора 22); — ввод числа с выходов сумматора 16 в регистр 17 арифметического блока 7 (третий выход дешифратора 22).

1187177!

25

По этой команде полученная в данном такте сумма произведений помещается в регистр 17; — добавление "1" в адресный счетчик 10 (четвертый выход дешифрато.ра 22). На вход второго счетчика 23 поступает импульс, свидетельствующий об окончании такта работы коррелометра. Второй счетчик 23 подсчитывает число тактов в пределах одного частного цикла.

Коэффициент пересчета второго счетчика 23 устанавливается равным

2п, где и — число составляющих каж15 дого многомерного процесса x(t)

y(t). Через 2п тактов импульс переноса с выхода второго. счетчика 23 устанавливает триггер 19 в "0", второй генератор 20 импульсов прекращает работу и частный цикл заканчивается. Следующий частный цикл начинается после появления на выходе первого генератора 18 импульсов очередного тактового импульса.

Порядок работы коррелометра в течение 4-го полного цикла следующий, В исходном" состоянии в начале цикла все триггеры адресного счетчика 10 находятся в нулевом состоянии. В начале первого такта первого частотного цикла по команде . выхода 1 блока 9 управления запускаются АЦП-блоки 1 и 2 и в регистры

3 — 6 вводятся отсчеты х.(4 at),0„pl Ь )1

i j = 1,2,...,n. Далее в течение первого такта первого частного цикла выполняются следующие операции:

1. из блока 8 памяти из нулевого адреса нулевой зоны (адрес зоны определяется состоянием младших разрядов адресного счетчика 10, адрес внутри зоны — состоянием старших разрядов адресного счетчика 10, счи45 тывается в арифметический блок 7 сумма произведений

-1

" Е - "7" Р" )

Арифметический блок 7 выполняет арифметические операции и работает следующим образом.

В начале каждого такта из блока 8 памяти в регистр 17 через вто.рую группу информационных входов заносится число (сумма произведений, накопленная в течение предыдущих циклов), которое через выходы регистра 17 подается на вторую группу входов сумматора 16. В это же время на первую и вторую группу входов блока 15. умножения поступает пара сомножителей из групп регистров 3 — 6. Код произведения с выходов блока 15 умножения подает- . ся на первую группу входов сумматора 16, на выходах которого образуется новая сумма, которая через первую. группу информационных входов заносится в регистр 17 по ко" маиде, поступающей на управляющий вход регистра 17. Полученная сумма в конце такта записывается в блок 8 памяти.

2. По команде с блока 8 управления опрашиваются дешифраторы 14 и

12, на которые подано разрешение с нулевого выхода адресного счетчика 10. При этом с нулевых выходов этих дешифраторов поступают команды на управляющие входы групп регистров 4 и 5, в арифметический блок 7 вводятся отсчеты („(,„В7)

) (67),которые перемножаются. Полученное произведение добавляется к сумме (1), получается новая сумма

Е. х,(,„ас11,Г(.дт) (,1

Эта сумма заносится в нулевой адрес нулевой зоны, добавляется

"1" в адресный счетчик 10.

На этом первый такт первого частного цикла заканчивается.

Во второй такт из нулевого адреса первой зоны блока 8 памяти считывается в арифметический блок 7 сумма произведений

>-( х,(Р а),((ьт) . (ь1

Из групп регистров 4.и 5 в арифметический блок 7 вводятся отсчеты

Х((1п, ЬТ), (< ЬТ) . Они перемножатся, полученное произведение добавляется к сумме (5). Новая сумма произведений

",l ". 7" "Р" 1 записывается в нулевой адрес первой, зоны, добавляется "1" в адресный

10 °

1187177 х,(ер)« .((т ««)д«), х,(„-)х,((. a)at), Х У (5c)

Х2 У„(ьт) Х„У (И)

Х2 у2 (Д ) Х„У„(Ю}

< У„() кь 4(Я) x y (i) х (дну

"2 (х57) У

)(п(LT) У

Х (Ь ) Ч

Х2 (d k) Z2

Х„(И} Ч„

2(" )в

x „(at ) у„

Х (ДЦЧ

35 Работа коррелометра в течение всех тп частных циклов аналогична.

В начале каждого К-го частного цикла запускаются группы АЦП 1 и 2 и в регистры блоков 3 и 5 поступают

40 дискретные отсчеты

Далее получается набор проиэведе

45 ний х<(„хт) р, ((a„+ k) a«), s,(ч at) х,.((a„«k)a«), Х1y1

Х У ... Х У

Х2Ч "2Ч2 ... Х2Уг

50 которые добавляются к содержимому

К-х адресов соответствующих зон блока 8 памяти. Таким образом в течение цикла получается 2п гп про55 изведений.

В конце цикла содержимое групп регистров 3 — 6 устанавливается

0» хп У1 л 2

1 Ч2

Х„Ч„

Х У

Х2 У1 Х2У2 .. Х

n a пУ2 п и

Таким образом в течение первых и тактов первого частного цикла получаются произведения

k«(a«a at) J.(т е1), i = f 2, ..., a .

Эти произведения добавляются к суммам произведений, находящихся в нулевь)(х адресах первых п зон блока 8 памяти с номерами от 0 до

) и-1. Далее из подгруппы и-1-ых

L разрядов адресного счетчика 10 в подгруппу и-ых поступает перенос и в

« течение следующих п тактов вычисляются произведения

x>(g at)v,(a„at), i=1,l,,a. »

Ъти произведения добавляются к содержимому нулевых адресов вторых и зон блока 8памяти сномерами от и до2п -1 °

Работа в течение всех первых и тактов первого частного цикла аналогична, сомножители вводятся в арифметический блок 7 из групп регистров 4 и 5 по командам, поступающим с выходов дешифраторов 14 и 12. Полученные произведения добавляются к содержимому нулевых адресов первых п зон блока 8 памяти.

Через п2 тактов из подгруппы и-ых разрядов адресного счетчика 10

Ьо ается "разрешение на вторые вхох-.

30 ды стробирования дешифраторов 13 и 12. В течение следующих и тактов первого частного цикла сомножители вводятся в арифметический блок 7 из регистров 3 и 6 по командам с выходов дешифраторов 13 и 11. Получается набор произведений е«) x.(a х1),,(=х,t,,с, каждое иэ которых добавляется к соответствующей сумме произведений, хранимой в нулевом адресе определенной зоны блока 8 памяти.

Таким образом, в течение первого частного цикла получается 2п2 про1 изведений отсчетов с нулевым сдвигом. Полученные произведения можно представить матрицей чисел

В конце первдго частного цикла группы регистров .3 и 5 устанавливаются в »О».

В начале второго частного цикла по команде из блока 9 управления запускаются группы АЦП 1 и 2 и дискретные отсчеты х ((a «)ет),х.((р «х) е«) вводятся в группы регистров 3 и 5.

Работа коррелометра в течение. второго частного цикла аналогична работе в течение первого частного цикла. При этом получается набор. произведений отсчетов, сдвинутых на интервал д7; которые добавляются к содержимому первых адресов 2п2 зон блока 8 памяти. Полученные произведения можно представить матрицей чисел

x;((am«k) at), т. ((a k) at}

1187i77 о многомерных процессов х() = (х () э () y() - (у„() ° ° ° ° .у (с)3 которая представляет собой матрйцу

КФ вида

"Х Ч (+"") 2 (МТ) Х2 2

РХ ""("Д ) я„т„(Кдт)

4"2 х" у д"

"1 6

"Х "")

2 "2

R „(@bed)

Х24 Хт (%a )

"21

Р и (кД" )

Xn JA (д)

"гА

Р -„„(Кд7}

xtl 2

I, Матрица содержит 2n функций, каждая представлена mординатами.Учитывая, <а

Работа коррелометра в течение остальных циклов аналогична. По окончании вычислений в блоке 8 памяти содержится взаимная КФ двух

К V (kb i} 1

РХ 7 %bed)

X2М, RХ М (ДТ)

"пЪ Х У (Д )

Xi 31 йХ (b )

"1 1

Р (kb7)

Х2 „

КХ „" (khf) что каждая ВКФ состоит из двух ветвей матрица содержитп полных ВКФ, 1187177

Составитель Е. Ефимова

Редактор Н. Данкулич Техред Ж. Кастелевич Корректор A Тяско

Заказ 6552/55 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Проектная, 4