Стохастический коррелометр

 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки физических сигналов. Цель изобретения - повышение точности в присутствии помех. Коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, фильтры 3, 4, 15 нижней частоты, генераторы 8, 9 случайных сигналов, умножители 10, 11, компараторы 13, 14. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ($))5 С 06 С 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф) 1S

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4601440/24-24 (22) 31. 10. 88 (46) 15.08. 90. Бюл. У 30 (7i) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) К).Н. Самарцев (53) 681.3(088.8) (56) Макс И. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. Т.2, 1983, с.65.

Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. И.: Энергия 1972 рис 4 28 с. 187.

2 (54) С ОХАСТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛОИЕТР (57) Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки физических сигналов. Цель изобретения — повышение точности в присутствии помех. Коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульаов, делитель 2 частоты, фильтры 3, 4, 15 нижней частоты, генераторы 8, 9 случайных сигналов, умножители 10, 11, компараторы 13, 14. 3 ил.

1585808

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки физических сигналов.

При работе с зашумленными входными сигналами в коррелометре может возникать значительная погрешность измерения значений корреляционной функции, так как шумы ведут к неточному выпол- 10 нению операции умножения вследствие выполнения модуляции по мгновенным значениям. В силу этого он слабо защищен от внешних наводок и шумов. Кроме того, коррелометр обеспечивает малую точность при работе с сигналами малых уровней, которые соизмеримы с собственными шумами блоков коррелометра.

Цель изобретения — повьппение точ- ности в присутствии помех. 20

Сущность предлагаемого технического решения — получение значений корреляционных функций путем стохастических преобразований .; квадратичного значения одного входного сигнала,25 отношения двух входных сигналов, а затем стохастического выделения частного от полученных таким образом и преобразованных в аналоговую форму с помощью фильтров нижних частот сиг- 30 налов.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого коррелометра; на фиг. 2 — структурная схема генератора случайных сигналов; на фиг.3— структурная схема фильтра нижних частот.

Коррелометр (фиг. 1) содерЖют генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, фильтры 3-5 йижних частот, элементы 6,задержки, коммута- 40 тор 7, генераторы 8 и 9 случайных сигналов, умножители 10 и 11, компараторы 12-14, выход 15.

Генератор случайных сигналов 9 (фиг. 2) содержит генераторы 16 и 17

45 псевдослучайных чисел, цифроаналоговые преобразователи 18 и 19, сумматор 20, источник 21 опорных напряжений, сумматор 22.

Фильтр нижних частот 3 (фиг.3) содержит операционный усилитель 23, резистор 24, конденсатор 25, резистор 26, операционный усилитель 27, . резисторы 28 и 29, резисторный переменный нотенциометр 30.

Коррелометр работает следующим образом.

Ф

Коррелометр измеряет дискретные значения корреляционной функции в соответствии с выражением т

cÄÄ(q, т ) = — I x(e. -g )v(t)ae, 1 где — аргумент корреляционной функции, соответствующий временному сдвигу сигналов

X(t) и Y(t) один относительно другого;

Т„ — время интегрироваия..

Генератор 9 случайных сигналов генерирует случайный (.игнал в дискретизированном ниде X(t,) с линей1 ным участком закона распределения плотности вероятности в пределах йаибольшего +Хи и наименьшего -Х и возможных значений входного сигнала X(t), определяемом выражением о

Н

Генератор случайных сигналов 8 генерирует случайные сигналы в дискретизированном виде T(t „) с равномерным законом распределения плотносО ти вероятности Р(У) в пределах значений -7 и +Y, определяемом выражением

r{Y) = —, 27 причем и! Хк где +Y и -Y — предельное наибольн н шее и наименьшее значение входного сигнала Y(t).

Входной сигнал X(t) непосредственно через коммутатор 7 или сдвинутый во времени X(t — c,) через j-й элемент 6 задержки с временем задержки и коммутатор 7 поступает на вход

1 компаратара 12. На другой вхбд компаратора 12 одновременно подаются дис кре™ные значения случайного сигнала („), синхронизируемого импульсами заданной частоты 1/Т„ от генератора 1 импульсов. Если

Х(г. ) (X(t -л„;), на выходе компаратора 12 формируется сигнал постоянного уровня Х Х „ (например, напряжение постояйного тока), в противном случае Х = О.

Если разбить время Т„ на интервалы

5 t в течение которых сигналы

5 15

X(t) и Y(t) изменяются мало, то за время от момента t до t сигнал

I 141

X(t) изменяется мало и его можно считать постоянным, а количество стробирующих импульсов от генератора

1 равно N, отношение числа n . .случа0 г ев, когда Х(Ск) 6 X(t, — ), к числу

N пропорционально вероятности

Р(Х(С,) < X(t; - c>)J . С учетом закона распределения Р(Х) в пределах

O и, -Х „« Х < Хн отношение - . является

N статистической оценкой вероятности . P . и равно

n; fX(t; — Г ) + Хн)

N 8X н ничного сигнала на выходе) является статической оценкой вероятности P

Y и равно

11

2 X(t; — ) 1

У Уt) 2

В результате в течение времени Т между моментами и t на выходе ! 1+1 компаратора 13 формируется импульсный сигнал Y, (t) со случайной скважностью, у которого среднее значение

У, эа интервал Т равно

В результате в течение времени между моментами t; и t,. на выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал X« (t) с переменной случайной скважностью, у которого среднее значение Х, за интервал Т = Дй

1 = И Т равно

1лл г" т. х„

» ср Я. 1 Я к

85808 6 сравниваются с дискретнымн значениями сигнала X(t — ° ), причем, если л

Y, (t ) < X(t — 1:), на выходе компа1

5 ратора 13 формируется сигнал У Х

1Ъ К в противном случае У 1 = О. С учетом закона распределения P(Y« ) случайного сигнала на выходе умножителя 10

1; отношение — (1; — число случаев еди10 и 7„.Х„п; и р Nт, Ы

Сигнал Х () поступает на фильтр 3 нижних частот с постоянной интегрирования Т, который выделяет постоянную составляющую Х 1 сигнала

Х, (г.), а также выполняет операцию вычитания в соответствии с выражением

Х (t. ) = К, I X(t, - „1. ))

1 х„

8Х н

Входной сигнал Y(t) поступает на второй вход умножителя 10 и в нем перемножается дискретными энаО чениями случайного сигнала Y (t „) .

Если эа время от момента t; и

t;, сигнал Y(t) изменяется мало и его можно считать постоянным, то получаемые при этом дискретные значения случайного сигнала У, (1 „) на гф выходе умножителя 10 имеют равйомерный симметричный относительно нуля закон распределения плотности вероятности

Р (-У, (t,) -< Y Ä (t Ä) < У,(, )) =

1 гтТ ;ТТ, Далее в компараторе 13 дискретные значения случайного сигнала У,o(t „) Сигнал У, (г) поступает на фильтр 4 нижнйх частот с постоянной времени интегрирования Т, который выделяет постоянную составляющую У 1З сигна30 ла Y » (t), а также выполняет операцию вычитания в соответствии с выражением

X(ti - „) г,(;) = к г — „— —, где К

2,Х К г у о

Сигнал Y (t) с выхода фильтра 4 нижних частот поступает на умножитель

40 11, где перемножается с дискретными значениями 7(t „) случайного сигнала, формируемого генератором 8 случайных сигналов. Получаемые при этом дискретные значения Y (t „) случайного

45 сигнала на выходе умножителя 11 рас.пределены по равномерному симметричному относительно нуля закону плотнос-. ти вероятности в пределах значений

Y(t; )

P(Y,„)— Палее в компараторе 14 дискретные значения случайного сигнала У,(t„)

55 сравниваются с дискретными значенйями сигнала Х (;), причем, если Y qq (йк)4

< Х (;), на выходе компаратора 14 формируется сигнал У = Хк, в противном случае Y = О. С учетом ус\

O 7 1585808 в

-7.)CIt .у 9 ловия, ч » о сигнал Х (t ) в течение времени между моментами t . и t

I практически не изменяется с учетом .и е еления равномернбго закона рас р д

P(Y, ), отношение †(тп; — число случаев единичного: сигнала на выходе) равно

m К1

1Ч 4X K

1 10 (К в течение времени Т на выходе компаратора 12 формируется импульсный сигнал Y z(t) со случайной скважностью, среднее значение которого за интервал Т равно

m„ Т Хк ср NТ N

Сигнал Y () поступает на фильтр 5 20 нижних частот с постоянными времени интегрирования Т и Т, который выделяет постоянную составляющую Y 1 сигнала У. (С), выполняет операцию вычитания и выделяет среднее значение интеграла полученного таким образом сигнала за время Т, существования сигналов X(t) и Y(t) в соответствии с вь ажением

1Р

Т, К3 х „ 9,, = - П ; )9(,.

Ю "i 10

К» где К

В результате значение сигнала Х (, 35

1 ) 9, Т „) пропорционально дискретному значению корреляционной функции

С к (i 9 Т,) . Ha выходе стохастического коррелометра сигнал приобретает последовательно значения„ пропорцио- 40 нальные дискретным значениям корреляционной функции.

Генератор 9 случайных с (фиг. 2) .работает следующим образом.

Генераторы 16 и 17 псевдослучайных чисел генерируют равномерно распределенные случайные числа от 0 до

2 — 1 с частотой, определяемой частотой стро6ирующих импульсов, поступающих на стробирующий вход ге..нератора 9. Псевдослучайные числа поступают на входы Y. — ðàçðÿäíûõ цифроаналоговых преобразователей 18 и 19 с значением опорного сигнала.

Фильтр нижних частот 3 (фиг.3) работает следующим образом. Операционный усилитель 23 совместно с. резистором 24 и конденсатором 25 образует интегратор, на выходе которого выделяется средний интеграл входного сигнала X rz(t), из которого вычитаXl ется усиленный в — раз входной

4 Х„ сигнал Х () и сигнал постоянного

Хк уровня равный — . Вычитание осу9 Я ществляется на втором операционном усилителе 27. Коэффициент усиления сигнала Х, (С), а также значение

ХК сигнала постоянного .уровня — зада8 ются соответственно с помощью резисторов 29 и 26 и полойением среднего контакта потенциометра 30. Фильтр

4 нижних частот может быть выполнен по аналогичной схеме, что и фильтр 3, толька в нем отсутствует связь входа фильтра через резистор 28 с входом второго операционного усилителя 27 и работает аналогично. Фильтр 5 нижних частот может быть выполнен по аналогичной схеме, что и фильтр 3, только в нем также .отсутствует связь входа фильтра через резистор 28 с входом второго операционного усилителя 27 и вместо резистора 29 включен конденсатор, совместно с резистором 26, обеспечивающим постоянную времени интегрирования Т

Формула изобретения

Стохастический коррелометр, содержащий два генератора случайных сигналов, два компаратора, три фильтра нижних частот, генератор тактовых импульсов, причем выход первого генератора случайных сигналов соединен с первым входом первого компаратора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены третий компаратор, два умножителя, п элементов задержки, коммутатор, делитель частоты, причем первый информационный вход коммутатора является первым входом коррелометра, входы элементов задержки объедине»гь» и подключены к первому входу коррелометра, выход

i-го (i = 1, ..., n) элемента задержки соединен с (i+1)-м информационным входом коммутатора, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора и первым входом второго компаратора, второй вход

9 15S580S 10 которого соединен с выходом первого умножителя, первый вход которого соединен с первым входом второго умножителя и выходом второго генератора случайных сигналов, второй вход первого умножителя является вторым входом коррелометра, выход первого компаратора через первый фильтр нижних частот соединен с первым входом третьего компаратора, второй вход которого соединен с выходоМ второго умножителя, второй вход которого через второй фильтр нижних частот соединен с выходом второго компаратора, выход третьего компаратора соединен с входом третьего фильтра нижних частот, выход которого является выходом коррелометра, выход генератора тактовых импульсов соединен с синхровходом первого и второго гене р раторов случайных сигналов, первого, второго, третьего компараторов и через делитель частоты — с управляющим входом коммутатора.