Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может применяться в измерительных информационных системах, системах автоматизации научного эксперимента и т. п. Устройство служит для измерения авто- или взаимокорреляционной функции входных сигналов. Повышение точности, расширение информационной полосы частот и упрощение устройства достигнуты за счет применения вероятностной меры повышенной точности путем введения в устройство двух схем сравнения, генератора псевдослучайных напряжений и набора схем эквивалентности. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2007752
Класс(ы) патента: G06F15/336
Номер заявки: 4912262/24
Дата подачи заявки: 19.02.1991
Дата публикации: 15.02.1994
Заявитель(и): Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.В.И.Ульянова/Ленина/
Автор(ы): Бунин В.И.; Долинов С.Н.; Журавин Л.Г.; Мариненко М.А.; Семенов Е.И.
Патентообладатель(и): Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.В.И.Ульянова/Ленина/
Описание изобретения: Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может применяться также в соседних областях науки и техники при необходимости измерений авто- и взаимнокорреляционных функций широкополосных процессов.
Известен коррелометр типа "знак-знак", содержащий последовательно соединенные генератор импульсов опроса, блок определения знаков и фиксации их совпадений и электронно-счетный частотомер, другой вход которого объединен со 2-ым входом блока определения знаков и подключен ко 2-ому выходу генератора, кроме того, 3-й и 4-й входы блока определения знаков подсоединены к входам коррелометра.
Недостатком данного устройства является его применимость лишь для тех входных сигналов, одномерная плотность распределения мгновенных значений которых является гауссовой.
В качестве прототипа может служить корреляционная измерительная система, содержащая последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на 1-ом входе, регистр сдвига, параллельный набор цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), параллельный набор множительных элементов, параллельный набор интегрирующих цепей, коммутатор и устройство отображения на выходе, а также генератор тактовых импульсов (ГТИ), выход которого подсоединен к другому входу регистра сдвига; кроме того, другие входы множительных элементов объединены и подключены ко 2-ому входу системы.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Под действием импульсов ГТИ кодовые комбинации, формирующиеся на выходах АЦП и соответствующие отсчетам 1-го входного сигнала, поступают в регистр сдвига и распределяются на выходах; число выходов регистра сдвига соответствует числу одновременно измеряемых точек корреляционной функции. После перехода вновь к аналоговой форме с помощью ЦАП сдвинутые во времени отсчеты 1-го сигнала перемножаются в множительных элементах со 2-ым сигналом, а результаты перемножения накапливаются в соответствующих интегрирующих цепях. После циклической коммутации выходных сигналов интегрирующих цепей на выходе коммутатора формируется сигнал, соответствующий авто- или взаимно корреляционной функции, который в устройстве отображения индицируется или (и) регистрируется.
Недостатком устройства-прототипа являются ограниченная точность и сравнительно узкая полоса частот для инфор- мационных сигналов, обусловленные применением аналоговых множительных элементов, а также сложность.
Целью предлагаемого изображения является повышение точности, расширение информационной полосы частот и упрощение устройства.
Цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого подсоединен к тактовому входу регистра сдвига, набор интегрирующих цепей, выходы которых подключены к соответствующим входам коммутатора, выход последнего соединен со входом устройства отображения, введены схемы сравнения на каждом из двух входов устройства, генератор псевдослучайных напряжений, выходы которого подключены к соответствующим другим входам схем сравнения, а тактовый вход - к выходу генератора тактовых импульсов, и набор схем эквивалентности, выходы которых подсоединены ко входам соответствующих интегрирующих цепей, первые входы объединены и подключены к выходу второй схемы сравнения, вторые входы всех схем эквивалентности, кроме первой, подсоединены к соответствующим выходам регистра сдвига, а второй вход первой схемы эквивалентности объединен с информационным входом регистра сдвига и подключен к выходу первой схемы сравнения.
Благодаря этому в устройстве реализуется перемножение на основе статистической меры, что расширяет полосу частот и устраняет погрешности перемножения, а сдвиг во времени осуществляется для однобитовых элементов, что упрощает устройство.
Среди известных устройств нет таких, которые обладали бы совокупностью указанных свойств (точность, широкая полоса частот и простота конструкции), поэтому можно считать предложенные отличия (две схемы сравнения, генератор псевдослучайных напряжений и набор схем эквивалентности) удовлетворяющими критерию существенности.
На чертеже представлена структурная схема системы.
Корреляционная измерительная система содержит генератор тактовых импульсов ГТИ 1, 1-ю схему сравнения (СС) 2, регистр сдвига (РС) 3, генератор псевдослучайных напряжений (ГПСН) 4, 2-ю схему сравнения (СС) 5, N схем эквивалентности Э1. . . ЭN 61. . . 6N, N интегрирующих цепей ИЦ1. . . ИЦN 71. . . 7N, коммутатор (К) 8 и устройство отображения УО 9, причем ГТИ 1, РС 3, набор схем Э2. . ЭN, набор ИЦ 72. . . 7N, К8 и УО 9 соединены последовательно, выход СС 2 подключен к информационному входу РС 3 непосредственно, а к соответствующему входу К 8 - через последовательно соединенные Э1 61 и ИЦ 1 71, тактовый вход ГПСН 4 соединен с выходом ГТИ 1, а выходы - с соответствующими входами СС 2 и СС 5, входы которых являются входами всей системы, а выход СС 5 подключен к вторым входам всех схем 6.
ГТИ 1 формирует последовательность импульсов, период которых определяет дискретность аргумента корреляционного анализа. ГТИ 1 реализуется стандартно.
Схемы сравнения СС 2 и 5 являются типовыми и формируют на выходах "1" или "0", если соответствующее входное напряжение больше или меньше, чем соответствующее выходное напряжение ГПСН 4.
Регистр сдвига 3 является типовым элементом и осуществляет сдвиг входного двоичного сигнала (от СС 2) по своим N-1 выходам под действием тактовых импульсов (от ГТИ 1). Число выходов РС 3 определяет наибольшую величину аргумента корреляционного анализа
Δ τmax= (N - 1)То, где То - период ГТИ 1.
Генератор ГПСН 4 формирует на своих выходах импульсы напряжения, амплитуды которых равновероятно распределены в динамическом диапазоне - Um. . . + Um входных сигналов системы. ГПСН 4 может быть реализован, например, в виде генератора М - последовательности и двух цифроаналоговых преобразователей, подключенных к соответствующим выходам генератора М - последовательности.
Схемы эквивалентности 6 формируют на выходе напряжение +Uo или -Uo, если входные логические сигналы равны (эквивалентны) или не равны. Схема 6 реализуется в виде типовой ячейки ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (например, интегральная схема типа К155 ЛП 5), нагруженной на соответствующий интегральный аналоговый ключ (например, типа 590 КН 4), коммутирующий на свой выход одно из напряжений ±Uo).
Интегрирующие цепи 7 предназначены для осреднения входных последовательностей импульсов с амплитудой ±Uo. ИЦ 7 реализуется в виде интегрирующей RC-цепи, постоянная времени которой на несколько порядков превышает длительность То периода ГТИ 1.
Коммутатор 8 предназначен для поочередного подключения входных N напряжений на свой выход. К8 реализуется типовым образом на основе интегральных схем. Частота переключений в К8 должна соответствовать частотному диапазону УО 9 или информационным особенностям человека-оператора. Например, если УО 9 - электронный осциллограф, то цикл коммутации должен продолжаться не более 40 мс, чтобы изображение на экране воспринималось без мельканий.
УО 9 предназначено для отображения измерительной информации - индикации и (ИЛИ) регистрации. УО 9 может быть электронным осциллографом (в том числе и цифровым - для повышения точности), самопишущим прибором - при необходимости зарегистрировать результаты и т. п.
Корреляционная измерительная система работает следующим образом. На входы устройства поступают два напряжения U1(t) и U2(t), функция взаимной корреляции К12( Δ τ) между которыми должна измеряться (при необходимости измерения автокорреляционной функции К(Δ τ) одного из напряжений входы 1 и 2 объединяются).
В совокупности элементы ГТИ 1, ГПСН 4, СС2, 5 и Э 61 образуют стохастический множительный элемент, в котором вероятность логической единицы на выходе схемы эквивалентности пропорциональна математическому ожиданию произведения входных напряжений:
P1= + 0,5.
После усреднения напряжения на выходе Э1 61 с помощью ИЦ 71получим напряжение в диапазоне -Uo. . . +Uo: Uвых = Uo для случая максимальных напряжений одного знака (U1 = U2 ±Um), Uвых = - Uo для другого крайнего случая (максимальных разнополярных напряжений), когда U1 = - U2 = ±Um.
Очевидно, что на выходе ИЦ 71 формируется напряжение, пропорциональное значению К12 (0).
Для измерения значений взаимно корреляционной функции при Δ τ> 0 двоичная последовательность с выхода СС 2 сдвигается с помощью РС 3 на время Δ τ= iTo, i = = 1, N-1, в результате чего на выходах схем Э2. . . ЭNвероятность логической единицы определяется соотношением
P1= + 0,5.
После усреднения на выходах ИЦ 72. . . 7N, очевидно, появятся напряжения, пропорциональные отсчетам взаимно корреляционной функции при аргументе Δ τ= = iТо, i = 1, N-1.
После коммутации на выходе К8 формируется вся функция К12(Δ τ) (или К(Δ τ) в виде периодически повторяющихся N импульсов Uк(iТк), амплитуды которых содержат результат измерения
К12(iTo) = Uвых(iTк) · U2m/U0, i = 0, N-1,
Тк - длительность такта в коммутаторе 8.
Последовательность этих импульсов поступает в УО 9 для индикации или регистрации.
Точность в данной системе обеспечивается использованием прецизионной меры постоянного напряжения (в ГПСН 4), точностью коммутации напряжений ±Uo ключами на выходе схем Э 61. . . 6N, стабильностью постоянных напряжений ±Uo и отсутствием погрешностей в пассивных цепях 71. . . 7N. Уровень статических погрешностей системы может быть понижен до долей процента (в отличие от 1-2% в прототипе).
Ширина информационной полосы частот системы определяется наиболее инерционными элементами: ГПСН 4 и выходными ключами в схемах Э1. . . ЭN. Использование наиболее совершенных элементов позволяет в настоящее время уменьшить значение То до нескольких десятков наносекунд, т. е. расширить полосу частот входных сигналов до ≈10 МГц (в отличие от 1-2 МГц в прототипе).
Упрощение конструкции предлагаемой системы определяется тем, что в РС 3 сдвигается однобитовый сигнал (а в прототипе - кодовые комбинации из 4-6 бит каждая) и, кроме того, вместо N множительных элементов прототипа применяются N логических схем 61. . . 6N.
(56) Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерения. М. : Энергия, 1975, с. 452.
Цапенко М. П. Измерительные информационные системы. М. : Энергия, 1974, с. 189.
Формула изобретения: КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая регистр сдвига, интеграторы, коммутатор, устройство отображения и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с тактовым входом регистра сдвига, выходы интеграторов подключены к информационным входам коммутатора, управляющий вход которого является входом задания номера отсчета взаимокорреляционной функции системы, а выход подключен к устройству отображения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, в нее введены две схемы сравнения, блоки эквивалентности и генератор псевдослучайных напряжений, вход запуска которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, первый и второй выходы генератора псевдослучайных напряжений соединены с первыми входами соответственно первой и второй схем сравнения, вторые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами системы, выход "Больше" первой схемы сравнения соединен с первым входом первого блока эквивалентности и с информационным входом регистра сдвига, выход i-го разряда которого (где i = 1, N - 1, N - число отсчетов взаимно корреляционной функции) подключен к первому входу (i + 1)-го блока эквивалентности, вторые входы блоков эквивалентности соединены с выходом "Больше" второй схемы сравнения, выход i-го блока эквивалентности подключен к входу i-го интегратора.