DE1474101A1 - Vielkanal-Korrelationsrechner - Google Patents

Description

Perlon» cjriwalt

Dr.-Ing. Wilhelm Rßichel

Frankfuii/Main-l

Parksiiaße 13

ρ Η 74 101.6-53 22. Juli 1969

■i?he Boeing Company ReZ-w-3787

Vielkanal - Korrelationsrechner

Die Erfindung bezieht sich, auf Rechensysteme, die dazu dienen, Korrelationsfunktionen ,zu berechnen. Im besonderen bezieht sie sich auf einen Vielkanalkorrelationarechner, der durch eine gleichzeitige Berechnung von zeitlichen Korrelatio-nskoeffizienten für mehrere verschiedene Verzogerungszeiten eine zeitliche Korrelationsfunktion kontinuierlich darstellt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Anlage zur Berechnung von Pourier-Transformationen und ähnlichen Funktionen, so daß die Erfindung die Möglichkeit schafft, Energie-Spektren sowie Vektorprodukte aus Energie-Spektren direkt aus einer kontinuierlich dargestellten Korrelationsfunktion abzuleiten. Zuzüglich beinhaltet die Erfindung bestimmte Verbesserungen, die sich auf Zeitkorrelations- und ähnliche Instrumente beziehen. Darin sind bestimmte verbesserte Verfahren und Geräte zum Abtasten von Eingangssignalen sowohl hoher als auch niedriger Frequenz enthalten. Die Erfindung wird hier anhand bevorzugter Ausführuhgsformen beschrieben. Es soll jedoch bemerkt werden, daß innerhalb des hier offenbarten Erfindungsgedankens zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich sind.

Korrelationsuntersuchungen liefern im allgemeinen Informationen, die sich auf die Beziehungen zwischen zwei funktionen oder Variablen beziehen. Diese zwei Funktionen oder Variablen können beispielsweise zwei elektrische Signale sein (Fremdkorrelation) oder aber es kann sich um eine

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Information darüber handeln, wie eine Punktion" mit sich selbst in Beziehung steht, wenn sie um bekannte Beträge verschoben oder verzögert ist (Sigenkorrelation). In' der Elektronik kann man beispielsweise Korrelationsuntersuchungen zur Bestimmung der Einflüsse verwenden, die ein Rauschen, , .,- das an einem bestimmten Punkt des Systems erzeugt ist, auf /. die Ausgangssignale dieses Systems ausübt. Man bestimmt also ■> ' ■ die Korrelation zwischen dem Ausgangsrauschen und dem Rausch, .'.γ der an einem inneren Punkt erzeugt ist. Korrelationsuntersu- £: chungen sind allerdings nicht auf das Gebiet der Elektronik £ beschränkt. Korrelationsverfahren werden immer häufiger auf j^ eine Untersuchung einer großen Vielzahl von zeitlich und

räumlich veränderlichen Erscheinungen angewendet, beispielsweise bei der Untersuchung akustischer und metereologischer Probleme, auf dem Gebiet der Aerodynamik, bei Radar, Raumverbindungen und medizinischer Forschung, bei der Untersuchung der Erscheinungen von Meereswellen, in der Seismologie und bei anderen geophysikalischen Untersuchungen und auch.noch ._; . auf vielen anderen Gebieten. Korrelationsverfahren werden . ^. ·_. zum Nachweis gemeinsamer Eigenschaften von Signalen verwendet, die durch die Anwesenheit von nicht korreliertem Rauschen oder ähnlichen Größen verdeckt sein können. Das ist L· dann möglich, wenn das statistische Mittel dieser nicht korre-B lierten Größen.Hull oder eine Konstante ergibt, sofern man ψ_Λ diese nicht korrelierten Größen über eine ausreichende Zeitdauer mittelt.

Γ. Die nachfolgende Erörterung wird nur auf der Grundlage zeit-

licher Korrelationsfunktionen durchgeführt. Viele Verfahren f. . jedoch, die hier entwickelt werden, sind aber genau so gut f auf räumliche Korrelationsuntersuchungen anwendbar. Die zeit- ^ liehe Korrelationsfunktion zweier beliebiger zeitlich verän_v . derlicher Signale S^ (t) und Sg (t) läßt sich durch folgenden ' bekannten Ausdruck darstellen:

■ - _r.

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BAD -

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In diesem Ausdruck bedeutet~fc den Zeitverzögerungsparameter, d.h. eine Zeitverzögerung bestimmter Größe, die nach dem Zeitpunkt t auftritt. Die zeitliche Korrelationsfunktion ist daher eine Funktion des ZeitverzÖgerungsparaine lers *fc und entspricht den langzeitlichen Mittel des Produktes aus zwei zeitlich veränderlichen Signalen S₁ (t) und . Or₃ (t), die miteinander multipliziert sind, nachdem das eine der beiden Signale um die Zeit "^ zeitlich verzögert worden ist. Der Yfert dieser Funktion für irgend einen bestimmten ',Yert von ~£ wird als Korrelationskoeffizient bezeichnet. Diese Funktion ist deswegen sinnvoll, da sie Informationen über den Betrag von Signalen enthält, der so v/o hl dem Signal S₁ (t) als auch dem Signal SgCt) gemeinsam ist. Wenn zwischen den Signalen S-Ct) und S₂Ct) keinerlei zeitliche Korrelationen bestehen, ist der Wert der Korrelationsfunktion für alle Werte von f aull> 'Venn die beiden Signale jedoch'über gemeinsame Frequenzkomponenten miteinander korreliert sind,'hängt die zeitliche Korreiationsfunktion von einer zusammengesetzten Grüße dieser Korrelationskomponenten ab. In solchen Anwendungen wird die Funktion als Fremdkorrelationsfunktion bezeichnet. ·

Die Eigenkorrelation ist ein Spezialfall der oben erklärten '· Fremdkorrelation, der entsteht, wenn die Signale S₁Ct) und Sp(t) identisch sind, d.h. wenn das Signal bezüglich seiner selbst um einen Zeitbetrag verzögert worden ist.

fr

_r S₁Ct) S₁ (+* t)*£t_v U)

Die Sigenkorrelation läßt sich zur Anzeige dafür verwenden, wie der ",Vert des Signales S₁Ct) an irgendeinem Zeitpunkt (t + "Z") mit dem Signalwert zum Zeitpunkt t zusammenhängt. Das läßt siGh in der Statistik verwenden. Man kann zeigen, daß die Eigenkorrelation im wesentliche die gleichen Informationen über ein Signal enthält wie das Frequenz-Energie-Spek-Tsrum, d.h. also, die gleichen Informationen wie eine Darstellung, in der die spektrale Energiedichte in Abhängigkeit

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BAD ORIQiNAl

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*■" von der Frequenz aufgetragen ist.

Bisher sind Instrumente zur Berechnung zeitlicher Korrela-

f tionsfunktionen aufgebaut worden, die nach den Grundlagen ~ arbeiten, die sich aus der Anwendung der oben angegebenen t Formeln ergeben. Diese Instrumente enthielten also Vorrich-' ^l tungen, um ein Eingangssignal gegenüber einem anderen Ein-

gangssignal zu verzögern, die beiden Signale miteinander zu \,ei multiplizieren und das Produkt über eine bestimmte ZeitjT, spanne zu mitteln. Solche Instrumente lassen sich in zwei allgemeine Klassen unterteilen: Bei den Instrumenten der einen Klasse wird mit kontinuierlicher Signaleingabe gearbeitet, während bei den Instrumenten der anderen Klasse mit Signalabtastung gearbeitet wird. Bei den Instrumenten der ersten Klasse wurde die Verzögerung zwischen den kontinuierlich eingegebenen Eingangssignalen im allgemeinen durch Aufzeichnen oder Speichern des einen Signales auf einem Magnetband oder einer Magnettrommel durchgeführt, das dann anschließend nach einer bestimmten übergangszeitspanne zv/ischen 7/ieder-K gäbe- und Aufnahmeköpfeu v/ieder abgerufen und wiederholt wurde. ξ' Auch akustische Verzögerungsleitungen sind in solchen Instrumenten verwendet worden. Diese Art von Instrumenten besitzen jLr zwar für bestimmte Anwendungen Vorzüge, bedingen jedoch hohe I₁' Kosten, da die V/iedergabe- und Aufnahmevorrichtungen sehr - kompliziert sind, da des Frequenzganges von Magnetbandaufzeich- ~ nungsgeräten oder anderen Verzögerungsgeräten wegen Frequenzverzerrungen auftreten, die- kompensiert v/erden, müssen, und noch aus zahlreichen anderen Gründen.

Korrelationsrechner, die mit Signalabtastung arbeiten, wenden ^ die oben angegebenen Integrationsformeln zur Berechnung der

Fremdkorrelationsfunktionen und der Eigen-Korrelationsfunktio- * nen in der folgenden statistischen Form an:

1 A* +K

» Oo ² jr 009810/05X1 _{gAn ΛΒΙΛι}

BAD OWGlNAL

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S₁Ct₁ ) und Sp^Ic ⁺ t } bedeuten dabei die Signalwerte, die zu den Zeitpunkten t, und t, + "£ abgetastet worden sind. ,

Während diese Formeln die Zeitkorrelationsfunktionen definieren, stellt der oben definierte Korrelationskoeffizient die Lösung dieser Formeln für einen bestimmten Betrag der Verzögerungszeit *£ dar. Die bisherigen Korrelationsrechner waren, unabhängig von der Klasse, der 3ie angehören, in der Hauptsache Instrumente, die zu einem Zeitpunkt jeweils einen der Korrelationskoeffizienten berechneten und darstellten, der zu verschiedenen anwachsenden oder abnehmenden Verzögerungsbeträgen gehörte. Diese Rechner bauten daher die Korrelationsfunktion aus einer Folge von diskreten Lösungen dieser'Funktion auf. Das stellt aber ein schwieriges und zeitraubendes Verfahren dar, da der Rechner für jeden ausgewählten Zeitverzögerungswert einen vollständigen Zyklus durchlaufen mußte. Besonders dann, wenn lange Verzögerungszeiten erforderlich waren, wurde dieses Verfahren ganz besonders langsam. In dem Versuch, diesen liachteil zu niedriger Rechengeschwindigkeit zu überwinden, wurde ein Vielkanalrechner vorgeschlagen. Dieser Rechner berechnete während eines Rechenzyklus zuerst eine Gruppe von Korrelationskoeffizienten, die einen bestimmten Satz von Verzögerungszeiten ¹X. darstellten, anschließend in dem darauf folgenden Rechenzyklus eine weitere Gruppe von Korrelationskoeffizienten, die einem unterschiedlichen Satz von Verzögerungszeiten entsprachen, und sofort, bis die Korrelationsfunktion schrittweise aufgebaut worden war. Die absolute liotwendigkeit jedoch, die 3insteilung der Verzögerungszeiten in dem Instrument zwischen den verschiedenen Rechenzyklen zu ändern, führte zu Rechenverzögerungen und zu Unzweekraäßigkeiten in der Bedienung. Darüber hinaus wurden durch die Hatür eines solchen Verfahrens die verschiedenen Gruppen von Korrelätionskoeffizienten nicht aus identischen Signalabschnitten gewonnen-. Dadurch war eine .-jenaue Analyse von sich nicht wiederholenden oder zufällige.;

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BAD ORIQiNAL

— O -

& Variablen ausgeschlossen, die sich während des Rechenvorganges änderten. Die Erfindung ist daher auf einen Rechner gerichtet, in dem diese Ilachteile vermieden sind.

Von den weiteren Nachteilen und Beschränkungen der bisherigen Rechner, die durch die Erfindung überwunden werden, sei weiterhin das Pehlen einer bestimmten.Plexibität genannt, die durch Beschränkungen in der Auswahl von Verzögerungszeiten bedingt ist, die in jeder Rechnungsgruppe verwendet werden. 7/eiterhin versagten die bisherigen Geräte, wenn Eingangssignale mit Komponenten sowohl sehr hoher als auch sehr niedriger Frequenz verarbeitet werden sollten. Außerdem waren .^ die verwendeten Signalabtastverfahren ungenau. Von größter ™ Bedeutung ist jedoch die Tatsache, daß keines der bisherigen Instrumente weder in der Lage war, eine Zeitkorrelationsfunktion in ihrer Gesamtheit kontinuierlich in analoger Form darzustellen, noch in der Lage war, diese Punktion gleichzeitig mit dem Einlaufen von Eingangssignalen zu erzeugen. Dabei war es gleichgültig, ob die Zeitkorrelationsfunktion einer ζ weiteren Verarbeitung unterworfen wurde oder unmittelbar kon- ^ tinuierlich dargestellt und beobachtet werden sollte.

Korrelationsverfahren hängen sowohl praktisch als auch mathe-

matisch sehr eng mit Energiespektrunnrontersuchungen zusammen, da beide Verfahren über die Variablen oder die Signale in κ manchem die gleichen Informationen liefern. Es ist bekannt, ' daß das Energie-Spektrum einer einzelnen Punktion oder eines

einzelnen Signales die Pou-rier-Iransformation seine Eigen« *.' korrelationsfunktion ist. Das geht aus folgendem Ausdruck hervor: ^ oo u u> ~~

-JL f e ^

Genauso läßt sich das Vektorprodukt der Energie-Spektren C (•/τ) zweier Signale, deren Premdkorrelationsfunktion ist, durch folgenden Ausdruck darstellen:

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/1 /OO

< 'I -co

jSin Verfahren, Energie Spektren oder Vektorprodukte aus Sner_r;iespektren zu erlangen, bestand darin, die Fouriertransformation einer bereits erhaltenen Korrelationsfunktion mit Hilfe von digitalen Rechenverfahren oder etwas ähnlichen zu berechnen. Die Verarbeitung der Information gestaltete sich dabei ziemlich umfangreich und zeitraubend. Bs sind auch andere Maßnahmen bekannt, Energiespektren und VektorproduKte aus Energiespektren unabhängig von Korrelationsfunktionen zu ^ erhalten, nämlich Spektralanalysatoren und ähnliche Geräte.

Keines der bisherigen Geräte war jedoch von wirtschaftlichen Standpunkt aus dafür geeignet, die Korrelationafunktion für eine ausreichend große Zahl von Zeitverzögerungen "£ gleichzeitig zu berechnen, um eine momentane und kontinuierliche Bestimmung des gesamten Energiespektrunis oder des Vektorproduktes der Energiespektren von Signalen zu gestatten, oder aber diese Spektren zu erzeugen» ohne daß die getrennte Berechnung einer ?olge von ?ourier-2ransfQrmationen notwendig war. Die Erfindung ist daher auf eineu Rechner gerichtet, der auch diese Rechenfähigkeiten besitzt.

Demzufolge ist ein weiteres und sehr wichtiges Ziel der Erfindung ein Rechner, mit dem sich für zahlreiche verschiedene Verzögerungszeiten Korrelationskoeffizienten im wesentlichen gleichzeitig berechnen lassen, so daß dadurch die gesamte Korrelationsfunktion kontinuierlich dargestellt wird. Daneben soll dieser Rechner in der Lage sein, das entsprechende ]?requenzenergiejspektrum, das auf der berechneten Korrelations-* funktion beruht, gleichzeitig und kontinuierlich zu erzeugen oder zu berechnen. ,

Dieser Rechner soll in der Lage sein, mit möglichst niedrigen apparativen Erfordernissen eine große Anzahl Korrelations-

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koeffizienten zu berechnen und dadurch Systeme zur Erzeugung kontinuierlicher Darstellungen von Korrelationsfunktionen und Energiespektren zu ermöglichen, die wirtschaftlich kompakt und leicht zu warten sind.

T Sin weiteres Ziel der Erfindung ist ein Instrument, das

f
¹ Korrelationsfunktionen für Zeitverzögerungen berechnen kann.

-'« · die von negativen bis zu positiven 7/erten reichen.

Weiterhin ist ein Zeitkorrelationsrechner Ziel der Erfindung, ** in dem durch eine geeignete V/ahl der 7/erte für die Verzoge- \ rungszeit *£ die Berechnungspunkte um irgendeinen beliebige gen vorgegebenen Teil einer Korrelationskurve herum gehäuft . werden können. Ein Ziel, das damit zusammenhängt, ist ein Rechner, bei dem sich die Größe des Bereiches ändern läßt, über den eine Korreiationsfunktion berechnet werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Rechner, der so ein- - gestellt werden kann, daß sich mit ihm gleichzeitig die Kor- * relationsfunktionen von unterschiedlichen Eingangssignal- f paaren berechnen lassen.

f ■

j Sin weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist ein Zeitkorre-

/ lationsrechner, der mit einer Vorrichtung ausgerüstet ist, mit Hilfe derer man ein oder mehrere Signale mit hohen Geschwindig-

M ^l keiten abtasten kann. In diesem Rechner sollen die Rechenverzögerungszeiten Iz so groß gemacht werden können, wie man

⁵ es wünscht. Weiterhin soll dieser Rechner in der Lage sein, Eingangssignale zu verarbeiten, deren Frequenzband so breit ist, wie es gewünscht wird.

^? Ein Ziel der Erfindung, das damit zusammenhängt, ist ein J Vielkanalrechner, der in einer Ausfuhrungsform wesentlich

höhere Eingangssignalfrequenzen und in einer anderen Ausfüh- *»' rungsform wesentlich niedrigere Signalfrequenzen verarbeiten ^%r . kann als es bisher in Zeitkorrelationsrechnern möglich war.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Zeitkorrelations-

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rechne!·, der sowohl i'requenzenergiespektren als auch die Vektorprodukte aus solchen Frequenzenergiespektren berechnen kann.

Ein Ziel der Erfindung, was damit ausananienhängt, ist eine unabhängige Vorrichtung, die aus Korrelationsfunktionen, die ihr über Korrelationskoeffisienten gleichseitig in analoger Form als Eingangssignal angeboten werden, I.Iomentan-Frequenzenergiespektren sowie die Vektorprodukte aus Frequenzenergiespektreii erzeugt. Damit hängt noch ein Rechner zusammen, der aus Korrelationskoeffizienten, die für ^ede Zeitverzögerung paarweise als Eingangssignale entgegengesetzter Polarität angeboten werden, Frequenzenergiespektren,sowie die Vektor- λ produkte aus Frequenzenergiespektren berechnet.

Die Erfindung ist außerdem noch auf einen Rechner zur Berechnung der Frequenzenergiespektren sowie des Vektorproduktes aus Frequensenergiespektren von Signalen gerichtet, bei dem sich die Breite, und/oder Mittelfrequenz des Frequenzbereiches ändern läßt, über den die Berechnung durchgeführt wird. Damit hängt ein Netzwerk zur Erzeugung von Energiefrequenzspektren zusammen, das in der Lage ist, Frequenzenergiespektren aus Korrexationskoeffizienten zu berechnen, die verschiedene Sätze von Zeitverzögerungen darstellen, ohne daß es dabei notwendig ist, elektrische Bauelemente in diesem Netzwerk zu ändern.

Schließlich ist die Erfindung noch auf eine Schaltung für einen elektronischen Zeitkorreiationsrechner gerichtet, die sich transistorisieren und miniaturisieren läßt.

Die Erfindung ist hier in der Hauptsache anhand eines Korrelations-Rechners beschrieben, der mit Signalabtastung arbeitet. Es soll aber bemerkt, werden, daß sich die meisten .Eigenschaften der Erfindung auch auf Korrelationsreehner anwenden lassen, die mit kontinuierlicher Signaleingabe arbeiten. Inwieweit sich Korrelationsreehner mit Signalabtastung, und Korrelationsrechner mit kontinuierlicher Signaleingabe entsprechen, ist dem

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Durchschnittsfachniann bekannt;.

Sin Rechner nach der Erfindung arbeitet auf folgende "/eise: Zuerst wird jedes Eingangssignal eine bestimmte Anzahl von Malen periodisch punktweise abgetastet. Dann werden alle Abtastwerte des einen Signaies gegenüber allen Abtastwerten des anderen Signales un vorbestinimte 3eträge verzögert. Sowohl die verzögerten als auch die nicht verzögerten Abtastwerte werden Multiplikationsschaltungen zugeführt, die aus den Abtastwerten der beiden Signale das kartesische Produkt bilden und es in Schaltungsgrößen, d.h. in Spannungen oder Strömen darstellen. Das kartesische Produkt zweier Meagea von Signal-

™ abtastwerten, das auf diese "/eise abgeleitet wird, ist hier als die Gesamtmenge der Produkte definiert, die man erhält, wenn man alle Abtastwerte des einen Signales einzeln mit allen Abtastwerten des anderen Sigaales multipliziert. Die Kultipli— kationsschaltungen erzeugen daher eine Vielzahl von Ausgaiigsprodukten, deren Zahl dem Produkt aus der Anzahl der Abxastwerte in dem einen Signal und der Anzahl der Abtastwerte in dem anderen Signal gleicht. Da diese einzelnen Ausgangsprodukte tatsächlich zu verschiedenen vorbestimmten Vierten einer Yerzö-

* gerungszeit £" gehören, ist es klar, daß man durch die beschriebene Kombination von Abtastvorrichtungen und ilultiplika-

-: tionsschaltungen in kurier Zeit eine große Anzahl verschiedener

κ Verzögerungszeiten erreichen kann, die einen weiten 3ereich . überdecken. Die Berechnung der zeitlichen Korrelationsfunktion • der beiden Signale wird dadurch vollendet, daß man jeden der Schaltungswerte des kartesischen Produktes, die zeitlich variieren können, zeitlich mittevlt, wenn das punktweise Abtasten und die Bildung des kartesischen Produktes während des Rechenvorganges in dem Rechner zyklisch wiederholt v/erden. Die Ausgangsgröße aus der Vorrichtung, die die zeitliche I.IittevJLung durchführt, enthält einen Satz von Spannungen oder Strömen, von denen jeder den Korrelationskoeffizienteii für einen unterschiedlichen Wert einer Verzögerungszeit ""£, darstellt.

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Diese Spannungen oder Strome stellen daher gemeinsam die Zeitkorreiation zweier oignale :;u einer, beliebigen Augenblick während des 2echenvorganges in dem Rechner dar. Solche Ausgangsgrößen können dann dargestellt, aufgezeichnet oder auch anderweitig verwendet werden, wie es anschließend erörtert v/erden soll.

Die Tatsache, daß man das Entstehen und die Geschichte der vollständigen Korrelat!onsfunktion in der Form von kontinuierlichen Ausgangsspannungen oder Ausgangsströnen, die die Korrelationskoeffizienten darstellen, überblicken kann, nacht es möglich, gleichzeitig Energiespektren zu berechnen. Für diesen Zweck werden solche Spannungen oder Ströme einzeln .als Eingangsgröße einem Energiespeictrumgenerator zugeführt, der eine Vielzahl von Transformationsnetzwerken aufweist. Jedes dieser Netzwerke enthält eine Vielzahl von Vorrichtungen, die die Eingangs spannungen oder -Ströme mit solchen statistischen Gewichten versehen, die einmal in Übereinstimmung mit einer Variablen innerhalb eines jeden der Netzwerke und zum anderen in Übereinstimmung mit einer zweiten Variablen ausgewählt sind, mit der die entsprechenden lietzwerke funktionell zusammenhängen. Die speziellen Gewichte werden in Übereinstimmung mit einer formel ausgewählt, /die eine lineare oder eine modifizierte lineare Funlcüion dxeser beiden Variablen ist. Innerhulb eincu jedem NcuZWcrkcs werden die nit Gewichten versehenen Spannungen oder Strome auf summiert, so da!3 man von jedem der Netzwerke einen einzigen Ausgangstransformationswert erhält. Die Ausgänge dieser Transforrnationsnetzwerke sind dann alle, gemeinsam ein :,Ia3 für die Fouriertransformation oder für eine andere ausgewählte oder modifizierte lineare Punktion der Eingangsfunktiön. Im Falle der Fouriertransformation stellen sie das Frequenzenergiespektrum der Singangskorrelationsfunktion dar.

#■■■ ■

In einem Energiespektrumgenerator nach der Erfindung, der hier auch, dargestellt ist, enthält jedes 2ransformationsnetzwerk zwei Gruppen paralleler Widerstände, denen die Spannungen oder Ströme (analoge Darstellung) zugeführt sind, die die

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BAD

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Korrelationskoeffizienten darsteilen. Da für bestimmte Frer-
ζ quenzwerte und für bestimmte '7erte der Zeitverzögerung £

f die 'Yiderstandswerte dieser iransformationsnetzwerke negativ

• sind, speist die eine Gruppe paralleler Widerstände in einem

* Netzwerk die andere Widerstandsgruppe dieses Wetzwerkes durch ^ eine passende Umkehr schaltung. Auf diese Weise v/erden ganz

bestimmte der Korrelationskoeffizienten-Eingänge in ihrer Polarität geändert, während alle mit Gewichten versehen und auf- ; summiert v/erden, so daß sich von jedem der Transformationsf netzwerke ein Energiespektrum für eine bestimmte Frequenz _t, ' ergibt.

ψ In einem anderen Energiespektrumgenerator, der ebenfalls dargestellt ist, werden den Energiespektrumnetzwerken sowohl die if, positiven als auch die negativen, d.h. sowohl die invertierten

als auch die nicht invertierten Korrelationskoeffizienten zugeführt. Zu diesem Zweck enthält die Anlage am Eingang des Korrer' ■

7 lationsrechners eine Umkehrschaitung oder eine äquivalente K-,

Schaltung, die die gleiche Wirkung hat. Eines der Eingangs-

f'^v signale, die dem Korrelationsrechner zugeführt werden, wird

dadurch umgekehrt und bestimmten Kanälen in der Abtastvorrich-,'' tung zugeführt, daß der Korrelationsrechner an seinem Ausgang

invertierte Werte der Korreiationskoeffizienten erzeugt. Auf f diese Weise v/erden sowohl die invertierten .als auch die nicht J" invertierten -Werte eines jeden Korrelationskoeffizienten er-F zeugt, so daß sie den Energie3pektrumsgenerator zugeführt werden können. Die Transformationsnetzwerke sind in diesem Falle

,,"" daher einfacher und weisen einfache Parallelwiderstände auf,

<_tj die die einzelnen Größen wieder mit Gewichten versehen. Diese t 'Jiderstände sind so verbunden, daß sie Summationsnetzwerke f, bilden. 7/ie bereits in der beschriebenen Ausführungsform erzeugt auch hier jedes netzwerk einen 7/ert aus einem Energie- ^>f Spektrum, der einer vorgegebenen Frequenz entspricht. f Zusätzlich sind in der Erfindung noch bestimmte Mittel offenbart, die zum Abtasten und zum Verzögern der Eingangssignale

I'*· " ■■

ν dienen und außerdem die Si*gnalabtastwerte, die dadurch erhalten.

I" werden, für eine Multiplikation paarweise zusammenfassen.

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Diese Mittel sind besonders für Signale geeignet, die Komponenten hoher !Frequenz enthalten. Dieser Teil der Anlage verwendet in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Gruppen von Abtasttorschaitungen, die besonders günstig aufgebaut sind. Pur jedes Eingangssignal ist dabei eine Gruppe von Abtasttorschaltungen vorgesehen. Die Abtasttorschaltungen einer Gruppe werden durch einen Zeitsteuergenerator einzeln angesteuert, um eines der Eingangssignale während eines jeden Hechenzyklus, an aufeinanderfolgend zeitlich verzögerten Punkten abzutasten. '.Venn dieses eine Signal abgetastet- ist, werden die einzelnen 'Dorschaltungen der anderen Gruppen nacheinanderfolgend angesteuert, um das zweite Signal abzutasten. Die einzelnen Abtastwerte des zweiten Signales und die direkt vorher gewonnenen ^ Abtastwerte des ersten Signales werden paarv/eise zusammengefaßt und multipliziert. Dadurch entsteht eine Vielzahl von Produkten, die jeweils unterschiedlichen Verzögerungszeiten £ entsprechen. Die Anzahl dieser Produkte entspricht dem Produkt aus der Zahl der Torschaltungexi in den beiden ΐ or schal tungsgruppen. Wenn die Abtast- und Multiplikationszyklen wiederholt werden, werden die zyklisch erzeugten Produkte einzeln zeitlich gemittelt, um kontinuierlich eine Vielzahl von Ausgangsströmen oder -spannungen herzustellen, die ein Maß für die berechneten Korrelationskoeffizienten sind und gemeinsam die Korrelationsfunktion darstellen.

Diese Anordnung zum Abtasten und zum Multiplizieren, die sich ™ mit einem außerordentlich geringen Schaltaufwand erzielen läßt, stellt eines der wichtigsten Merkmale der Rechenanlage dar. Die Vorzüge dieser Anordnung werden um so größer, je höher die geforderte Anzahl von Korrelationskoeffizienten wird. In dieses Zusammenhang soll bemerkt werden, daß die erforderliche Anzahl von Abtasttorschaltungen (und zugehöriger Verschaltung) nur ein Bruchteil der Anzahl unterschiedlicher Zeitverzögerungen ^ ist, mit denen gerechnet werden soll, da diese lex-zte Zahl, wie es bereits bemerkt worden ist, gleich dem Produkt aus den Abtasttorschaltun gen der einen Gruppe und der Anzahl der Abtasttorschaltungen in der anderen Gruppe ist. Wenn also beispielsweise 48 verschiedene Zeitverzögerungen ~c erforderlich

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sind, kann r.an sie nach der Erfindung mit nur 1o Abtaster
_r torschaltungen erreichen. Dazu können beispielsweise vier 'Jorschaltuiigen in der einen Gruppe und zwölf 2orschalturnen in der anderen Gruppe angeordnet sein. 3ei bisherigen Korrelationsrechnern dagegen wurde zur Erzeugung der gleichen Anzahl von Verzögerungszexten 49 Kanäle benötigt.

In einer zweiten Ausführungsforin sind die Vorrichtungen zum Abtasten und Verzögern inabesondere für 2ingangS3ignale ausgelegt, die Signalkomponenten verhältnismäßig niedriger ?re-

quenz besitzen. Die zweite Ausführungsfor ca weist Abtastvorrich- # ■ - - ■

tungen auf, die ein jedes Eingangssignal während eines jeden

P' Rechenzyklus zumindest einmal abtastet. V/eiterhin sind zahlreiche Speichervorrichtungen vorgesehen, die die einzelnen Signalab tastwerte über eine Zeit hin speichern, die zumindest mehrere Rechenzyklen andauert. Auswahlvorrichtungen fassen diese Signalabtastwerte für eine Multiplikation paarweise zusammen. Dabei ist in jedem Paar jeweils ein Abtastwert eines jeden der beiden Signale vorhanden. Außerdem werden alle möglichen Ilombinationen zwischen diesen Abtastwerten der beiden Signale gebildet. Die beiden Glieder eines jeden Paares stammen von verschiedenen Zeitpunkten, da sie für verschieden lange Zeiten gespeichert worden sind. Auch die relative Zeitbeziehung ändert sich von ] ' Paar zu Paar, um eine geeignete Heine von Zeitverzögerungen t ^ zu erzielen, wie es auch in der bereits beschriebenen Ausfüh- ' rungsform der Pail ist. Eine maximale Anzahl solcher Paare wird gleichzeitig den liultiplikationsschaltungen zugeführt. Diese Zahl ist durch die Anzahl der verschiedenen Zeitverzögerungen £ bestimmt, die sich aus der verfügbaren Anzahl gespeicherter Signalwerte erhalten läßt. Jeden der gespeicherten Signalabtastwerte wird während eines jeden Rechenzykius zu dem Zeitpunkt, zu dem eine ?.Iultiplikation stattfindet, ein zusätzlicher Yerzögerungsschritt hinzugefügt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich also von der ersten dadurch, daß die Rechen-Verzögerung .£ aus zwei verschiedenen Basen von Zeitmannigfaltigkeiten abgeleitet wird, nämlich der ursprünglichen Ableitung der Signalwerte zu verschiedenen Zeitpunkten und zum anderen

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durch eine wiederholte Auswahl des gleichen gespeicherten Signalv/ertes nach unterschiedliche:! Speicherdauern, um die gleichen Abtastsignalwerte in unterschiedlichen Abtastpaaren zu verwenden. 7/eiterhin unterscheidet sich diese Ausführungsform von der ersten dadurch, daß das Abtasten und das Verzögern über mehrere Hechenzyklen andauerü, während die Multiplikation einmal pro Zyklus stattfindet. Dadurch lassen sich also längere Verzögerungszeiten erzielen, und daher läßt sich auch die untere Grenze des verwendbaren Signalfreq/aenzspektrums der Anlage verschieben. 3in wichtiger Vorzug einer solchen Anordnung liegt darin, daß sie Signale niedriger Frequenz wesentlich besser verarbeiten kann, ohne aaß es notwendig ist, die Zeitkonstanten in den Schaltkreisen, die in den Ausgangskanalen für die Korrelationskoeffizienten die zeitlichen Mittel bilden, wesentlich zu erhöhen

Die Erfindung beinhaltet auch Maßnahmen, um die Zei-osteuerfrequenz zu ändern, so daß die Zeitabschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Zeitverzögerungen "g gleichmäßig und gleichzeitig vergrößert oder verkleinert werden können. Darüberhinaus enthält das Rechensystein noch eine Vorrichtung zur Brzeugung variabler Verzögerungen, die auf die Abtast- und Verzögerungsvorrichtungen einwirken. Dadurch ist es möglich, die relativen Zeixverzögerungen zwischen den zwei Gruppen von Abtastwerten, die von den Signalen S₁Ct) und 3 (t) gewonnen sind, zu ändern. Diese beiden Ilöglichkeiten erlauben es, in einem bestimmten Gebiet, das besonders interessiert, eine Häufung der Punkte vorzunehmen, für die die Korrelationsfunktion berechnet ist. Das kann beispielsweise dann der Pail sein, wenn die Korrelationsfunktion Änderungen erfährt, die sehr genau definiert werden müssen. i.Ian kann aber auch die Punkte, aus denen die Korrelationsfunktion berechnet wird, über weniger kritische Gebiete des Signaies spreizen, die mit einer geringen Anzahl von Punkten ausreichend gut definiert sind.

Weiterhin wird dadurch, daß eine Vielzahl von Signaleingängen und eine große Anzahl von Ausgangskanälen vorgesehen sind, die Rechenanlage in die Lage versetzt , gleichzeitig und wirtschaftlich die Xorrelationsfunktionen für unterschiedliche Paare von

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Eingangssignalen zu berechnen.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Jr¹Ig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Korrelationsrechners zur .Berechnung von Korrelationsfunktionen. Die Anlage enthält auch

*_; eine Vorrichtung zur 7/eiterverarbeitung wie beispielsweise ein

Gerät= zur Berechnung von Energiespektren eines Signales, die j durchgeführt wird, während der Rechner die Korrelationsanalyse

& 'dieses Signales durchführt.

) Pig. 2 ist ein Schaltbild einer Abtasttorschaltung, die als \ 2ransistordiodenbrücke aufgebaut ist und die zum Abtasten der 't Singangssignale dient.

'" Pig. 3a, 3b und 3c stellen ein Zeitdiagramm dar und zeigen die *< Zeitfolgen in dem System sowie die Theorie seiner Punktion. <

'* Pig· 4 ist eine schematische Zeichnung und zeigt funktionell

sf . -

.· die Abtastvorrichtungen für niederfrequente Signale.

"" Pig. 5 ist ein Schaltbild eines 2ransformationsnetzwerkes, das

, zur Berechnung von Energiespektren aus denjenigen Ausgangsgrößen

^ des Xorrelationsrechn'ers dient, die die Korrelationsfunktionen

"'** darstellen.

Pig. 6 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer 2ransformationsschaltung zur Berechnung von' Energiespektren und ;. der Vektorprodukte aus Energiespektren.

Das System, das in der Pig. 1 dargestellt ist, weist allgemein J₁ gesprochen eine Kombination aus mehreren unterschiedlichen Bausteinen auf, die zusammenwirken müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Das System enthält eine Abtastvorrichtung 10 *) . mit Eingängen 10a und TOb, an die^ die entsprechenden TäjjJ-

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Signale S₁ (t) und SpC t) angelegt sind. Im Falle von Frerr.d-■ korrelationen 3ind S₁Ct) und Sp(t) unterschiedliche Signale, wahrend in Falle einer Eigonkorrelation die beiden Signale die gleichen sind. Die Abtastvorrichtungen 10, die von einer Zeitsteuerschal tung 20 angesteuert werden, tasten ein jedes Eingangssignal in zeitlich genau bestimmten Abständen ab. Die zeitliche Steuerung wird dabei so durchgeführt, daß eine Folge^x von Abtastwerten des Signales Sp(t) auf eine Folge von Abtastwerten des Signales S₁Ct) folgt. Dieses abwechselnde Abtasten der beiden Signale wird unter der Steuerung durch den Zeitgeber zyklisch wiederholt.

Die liultipliziervorrichtung 30, die ebenfalls von dem Zeitgeber A 20 angesteuert wird, weist eine Reihe von Eingängen r, s, t, u usw. auf, an die die entsprechenden Abtastwerte als Spannungen oder Ströme angelegt werden. Sie multipliziert nach dem Prinzip einer kombinierten Impulsbreiten-Impulshöhenmodulation und erzeugt an der Reihe ihrer Ausgänge 31 eine Vielzahl von getrennten Signalen, die jeweils ein Maß für ein Produkt aus zwei Abtastwerten darstellen, wobei in jedes Produkt die beiden Abtasxwerte von verschiedenen Singangssignalen gehören. Diese Ausgangssignäle, die Produkte darstellen, entsprechen unterschiedlichen V/erten der Rechenverzögerungs2ei"C. Während wiederholter Rechexizyklen verändert sich die Größe dieser Produktenau3gangssignale. (Impulse) in Abhängigkeit von der Große der Abtastwerte der Eingangssignale. Die Umsetzung dieser Produk t en signale in f kontinuierliche Spannungen oder Ströme wird dadurch erzielt, ,daß man sie einzeln durch Schaltkreise 41 hindurchführt, die die zeitlichen Mittel bilden. Der Ausgang einer jed en Schaltung 41, in der diese Mittelung durchgeführt wird, ist dann eine kontinuierliche analoge Darstellung eines Korrelationskoeffisienten für Eingangssignale S.(τ) und Sp(O,, für eine ganz bestimmte Verzögerungszeit "£ . Gemeinsam steilen dann die Ausgänge 42 der Schaltkreise 41» in denen die !.littlung durchgeführt wird, eine kontinuierliche und analoge Darstellung einer vollständigen Korrelationsfunktion dar.

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Die Verarbeitungsvorrichtung 50 spricht; schließlich auf alle Ausgänge 42 der Schaltkreise 41 an. Y/enn das System nur als Zeitkorrelationsrechner betrieben werden soll, stellt diese ■.Veiterverarbeitungsvorrichtung ein Sichtgerät oder ein Aufzeichnungsgerät für die Korrelationsfunktion dar. ϊ/enn das System auf der anderen Seite als CJerät zur Berechnung von 3nergiespektren verwendet werden soll, weist die '.7eiterverarbeitungsvorrichtung 50 besondere Schaltkreise auf, die dazu dienen, die Information der berechneten Korrelationsfunktion kontinuierlich in eine Information über ein Snergiespektrurn zu transformieren. Das wird anschließend noch näher beschrieben, iiun soll im einzelnen auf die Zeitgeberschaitung 20 eingegangen werden. Die grundlegenden Zeitabotände werden durch einen Steuerimpulsgenerator 25 hervorgerufen, der ein beliebiger Oszillator von hoher Stabilität sein kann. Als Steuerimpulsgenerator 25 i3t beispiel'sv/eise ein üblicher kristallgesteuerter Sperrschwinger geeignet, der bei einer Frequenz von 1 ITaz arbeitet. Die grundlegenden Steuerimpulse oder Schwingungen aus dem Generator 2p werden an eine Zeitsteuerwählschaltung weitergeleitet, die mit Vorzug einea aus Binärstufen aufgebauten. Frequenzteiler aufweist. Die Steuerzeitabstände, die durch die Wählschaltung 26 hervorgerufen v/erden, können jeweils um den Faktor 2 eingestellt oder geändert werden, also beispielsweise von 1 Llikr ο Sekunde auf 2 Uikr ο Sekunden, 4 Liikr ο Sekunden 1024 Mikrosekunden. Die dabei entstehenden Steuerimpulse von wahlweise herabgesetzter Frequenz werden dann an die Zeithauptsteuerung 32 weitergeleitet, von wo sie an die verschiedenen Bausteine des Korrelationsrechners verteilt werden.

Die Zeithauptsteuerung 32, die mit Vorzug binärdigitaie Bausteine aufweist, enthält eine Heihe von Schaxt-v.-creisen 34 (einzeln von 1-6 durchnummeriert) die dazu dienen, über die Verbindungen 35a, 35b 35f die entsprechenden Abtasttorschaltungen 11, 12, 21, 22, 23 und 24 anzusteuern. Die Schaltkreise 34 weisen mit Vorzug gleichspannungsgesteuerte bistabile Schalterkreise oder Flip-Flops auf, die von jeder bekannten

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Art semi können. V/enn diese Schalterkreiae laufend angesteuert werden, so erzeugt jeder von ihnen zwei Reqhteckwellen, die in ihrer Phase entgegengesetzt sind. Die Punktion der Vorrichtung 38 zur Erzeugung variabler Verzögerungen, die ebenfalls in der Zeitsteuerschaltung enthalten ist, wird anschließend noch erklärt.

In der Abtastvorrichtung 10 liegt das Signal S₁(t) laufend an den Eingängen der Torschaitungen 11 und 12 an. Das Signal Sp (t) liegt auf gleiche "Yeise laufend an den Eingängen der Torschaltungen 21, 22, 23 und 24 an. V/ie noch klar v/erden wird, geht das Ansteuern der Torschaltungen, d&sdazu dient, momentane Signalabtastwerte zu erhalten, normalerweise in der folgenden ^ Reihenfolge vor sich:

Zuerst wird die torschaltung 11 angesteuert, anschließend werden die Torschaltungen 12 und 21 gleichzeitig aufgetastet. Darauf folgen nacheinander die Torschaltungen 22 und 23 und 24. Der gesamte Zyklus wird laufend von dem Zeitgeber 20 wiederholt. In dieser Ausführungsform (die sich am besten für Signale von hohen Frequenzen eignet) sind diese Torschaltuiigen mit Vorzug so aufgebaut, daß jede Torschaltung den abgetasteten Signalwert als Spannung oder als Strom festhält, so daß dieser "Jert anschließend in der Multiplizierschaltung 30 verwendet werden kann. Eine solche Torschaltung, "die in der Pig. 2 dargestellt ist, besteht in der Hauptsache aus einer Diodenbrücke 100, die ™ abwechselnd durch die Spannungsimpulsr aus den Zeitgeber 20 zwischen ihren offenen und ihrem geschlossenen Zustand hin und her geschaltet wird. Diese Spannungswelle aus dem Zeitgeber 20 wird über die Steuertransistoren 21 und T2 zugeführt. Die Kollektoren dieser Transistoren sind mit einer Gleichspannungsqueiie verbunden (nicht gezeigt), deren Spannung für typische Transistoren + und -12 V betragen kann. Die Emitter der Transistoren T1 und T2, sind direkt mit den Brückenanschlüssen 104 und 106 verbunden. Außerdem sind ihre Emitter über Widerstände R1 und 32 an die Gleichspannungsquellen von -12V und +12 V gelegt.

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BAD

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In jedem der oteuertransistoren ist die ^mitterspannung durch / die 3asisspannung gesteuert, und daher ist es möglich, an die ' Brückenschaltung Vorspannungen anzulegen. Venn die Zeitsteuerspannungen, die an die Basen der Steuertransistoren T1 und '22 "i angelegt werden, -11V und + 11V betragen, so ist die Brücke

^ "* G Xl

auf Durchlaß geschaltet. '7enn diese Spannung jedoch ihre Vor-■ * ■

zeichen umkehren, so ist die Brücke gesperrt. Eine doppelte

Srcitterfolgeschaltung, die die Transistoren T3 und T4 aufweist, ¹ nimmt das Eingangssignal S (t) auf und stellt sicher, daß der

Eingaxigsanschluß 108 der Brücke über eine niedrige Treiber-V impedanz angesteuert werden kann.

h Venn die Brücke auf Durchlass geschaltet ist, liegt der Anschluß 104 auf etwa -11 V, während die Spannung am Anschluß etwa + 11 V beträgt. Unter diesen Bedingungen leiten die Dioden \ . der Brücke, so daß ein Potential, das das Signal S(t) am ,*' Brückeneingang 108 hervorruft, sich auch an dem Ausgangsan- L -Schluß 110 der Brücke einstellt, da diese Brücke einmal im

Gegentakt arbeitet,und da zum anderen die Transistoren T1 und L·
;, T2 von ihren Emittern aus gesehen variable Impedanzen darstel-

* len. Ein Speicherkondensator G, der zwischen dem Anschluß 110

^" und Erde gelegt ist, wird dadurch auf eine entsprechende Span-

^v. nung aufgeladen, daß unter der Steuerung durch die Emitter-

I folgertre'iberstufe ein Brückenstrom IB fließt. Venn die Brücke

, gesperrt wird, bleibt die Ladung und damit die Spannung im Kon-

J^ densator erhalten, da nun der Brückenanschluß · .104 positiv und

*!,' der Brückenanschluß 106 negativ ist. Dann ist aber der Brücken-

f" strom IB zwischen den Anschlüssen 104 und 106 gesperrt. Wegen

*' dieser besonderen doppelseitigen Ausführung ist die Torschaltung

5 in der Lage, dem Verlauf eines Signales sowohl ins Positive als

?" auch ins negative zu folgen. Da darüberhinaus die Sperr- und

Ψ Durchlasszeiten außerordentlich kurz gemacht werden können, und

J> da sich die Kondensatorspannung während dieser Zeitdauer nicht

/ zu ändern braucht, können Signale S(t) mit sehr hohen Frequenz-

? " komponenten sehr genau abgetastet werden, um den Y/ert des Eingangssignales zu irgend einem Augenblick darzustellen.

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U74101

Bevor nun die Uultiplizierschaltung 30 näher "beschrieben worden soll, soll zuerst die Theorie erklärt werden, nach der das Gesamtsystem arbeitet. Die Zeitdiagramme aus den Pig. 3a, 3b und 3c stellen zwei vollständige Rechenzyklen dar. In jeden !Jeu diesee Diagramms sind sowohl die Abtastphase als auch die I.Iul ti plikati ons phase gezeigt. In der ?igur 3a zeigt der V/ellenzug 54 den Durchlasszustand und den Sperrzustand einer Äbtasttor schaltung. Die aufeinander folgend durchnumerierten Zeitliiarkierungen 52 stellen die Aus gangs impulse der Zeitsteuerwähischaltung 26 dar. (Pig. Ί), die an die Zeitsteuerschaltuiig angelegt sind. Wie bereits bemerkt worden ist, kann ihr Zwischenabstand nach Belieben durch eine Sinstellung des Prequenzteilerverhältnisses in der Wählschaltung 26 vergrößert oder verklei- ^j iiert werden.

Die Abtastphase beginnt, wenn die erste Torschaltung 11 auf Durchlass geschaltet ist. Der Kondensator C lädt sich rasch auf eine Spannung auf, die dem Moraentanwert des 3ingangssignales entspricht. Anschließend folgt die Kondensatorspannung der Signalspannung für die Öffnungszeit der Torschaltung. In dem hier gegebenen Beispiel ist die Zeit, während der die Kondensatorspannung der Signalspannung folgt, 3 Seiteinheiten 52 lang. Wenn die Torschaltung 11 gesperrt wird, stellt die Kondensatorspannung dieses Augenblicks den gewünschten Abtastwert des Signales dar. Diese Kondensatorspannung wird während des restlichen Rechenzyklus in dem Kondensator festgehalten, der sich auch " über die llulitplikationsphase hin erstreckt. Die Spannung bleibt an dem Kondensator so lange erhalten, bis die Torschaltung wieder auf Durchlass geschaltet wird,, um das Signal einmal mehr abzutasten. Alle diese Abtas türensehaltungen funktionieren auf die gleiche Weise und beginn?η zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb eines Rechenzyklus.

Wie man der l?igur 3 a entnimm;, gewinnt die Torschaltung 11 ihren Signalabtastwert des Signals S^(t) am Zeitpunkt TI, während die Torschaltung 12 den Signalwert am Zeitpunkt T2 abtästet.

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Die Torschaltungeii 21, 22, 23 und 24 tasten das Signal S₂ aufeinanderfolgend ab, wobei diese Reihe mit den Ansteuern der Torschaltung 21 beginnt. Dieses Ansteuern der L'orschalTiung 21 kann, wie es gezeigt ist, am gleichen Zeixpunk-c (Punkt 2) beginnen, sowie auch die !Torschaltung 12 das Signal S₁Ct) abtastet. Die Signaltastwerte, die von den Torschaltungen 11, 12, 21, 22 und 24- gewonnen werden, sind mit a, b, c, d, e und f bezeichnet.

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BAD OBlGlNAL

Zl U74101

Man kann "beobachten, daß die Zeitverzögerungen, die zwischen den beiden Signalabtastwerten a oder b einerseits und den verschiedenen einzelnen Signalabtastwerten c, d, e und f bestehen, in einer linearen Folge angeordnet werden können. Das ist in der folgenden Tabelle I durchgeführt wo τ den:

Tabelle 1

Signalwertpaare Zeitverzögerung "*£

zwischen dem Siganlwert ------ - £xh 8eiteinheiten)_ _ ^

b - c - 0

a - c - 1

b - c- - 2

a - d - 3

b - e - 4

a - e - 5

b ~ f - 6

a - f - 7

Ganz allgemein erhält man ein solches Ergebnis dadurch, daß man die Zeitpunkte des nahheinanderfolgenden Abtastens des Signales Sp(t) so wählt, daß die Abstäode zwischen zwei ^ afeinanderfolgenden Abtastungen gleich dem Produkt aus dem Intervall bzw. den Intervallen zwischen den Abtastpunkten des Signales S₁Ct), multipliziert mit der Anzahl der Abtastproben ist, die während eines Rechenzyklus von dem Signal S₁Ct) abgenommen werden. In dem vorliegenden Fall, in dem in jeddn Zyklus zwei Abtastwerte von deren Funktion S^(t) abgenommen werden und die Zeit zwischen den beiden Abtastwerten eine Zeiteinheit beträgt, müssen die Zeitabstände zwischen zwei Abtastvorgängen der Funktion Sp(t) zwei Zeiteinheitan betragen. Darüberhinaus ist die Zahl der Zeitveriigerungen, die man dadurch erreicht, gleich dem Produkt aus der Anzahl der Abtasttorschaltungen für die

009810/0541 bad ohqinal

* beiden Eingangssigänle. Es sind in diesem Falle also

; nur 6 Abtasttorschaltungon notwendig, um θ unterschiedliche Zeitverzögerungen herstellen zu können.

Die Multiplikationsphase des Rechenzyklus beginnt dann,

wenn der letzte Signalwert abgetastet worden ist. Die Aufgabe der Multiplikation liegt darin, eine Anzahl von Ausgangsspannungen zu erzeugen, von denen jede das Produkt ; zweier verschiedener Signalabtastwerte ( von S.(t) und f, SpCt)¹ISt, zwischen denen für eine ganz bestimmte Verzögej- i\ rungszeit eine Fremdkorrelation besteht. In dem

hier gegebenen Beispiel sind 8 solcher Ausgangsspannungen ^ ' vorgesehen, die 8 Zeitverzögerungen entsprechen. Die Multipliziervorrichtung 3o in der Fig. 1 weist einen fremdgesteuerten Sägezahngenerator 36 auf, der über die Leitung 35 f mit der letzten Stufe (6) dor Zeitgcberschaltung 32, 34 verbunden ist. Über diese Leitung wird der Sägezahngenerator 36 genau an dem Zeitpunkt angesteuert, an dem die Torschaltung 24 den letzten Signalabta3twert f gewinnt. Die Sägezahnspannung 55 j die in den Fig. 3a und 3b erscheint, verläuft von einer negativen Spannung -V₃ bis zu einer positiven Maxiamalspannung von +Vg. Dieser Spannungsbereich der Sägezahnspannung ist grosser, als der gesamte Spannungsbereich des Eingang3signales S₁ (t). Die ./ Sägezahnspannung wird jeweils an einen Eingang von jeder de^ |,' · beiden Amplituden-Vergleichsschaltungen 44a und 44b gelegt, die Schalterkreise sind und Eingangsstufen 44a und 44b enthalten. An einen zweiten Eingang r der Schaltung 44a wird der Signalabtastwert der Torschaltung 11 gelegt, während an einem zweiten Eingang S die Schaltung 44b die Signalabtastspannung der Torschaltung 12 angelegt wird. Jeder dieser

* Schalterkreise addiert in der Summationsstufe diese beiden Eingangssignale, vergleicht die Summe mit einer Bezugsspannung, die in diesem Falle 0 ist, und gibt einen Ausgangs-Steuerimpuls ab, wenn die Summe der Eingangs-

* spannungen gleich der Bezugsspannung wird. In dem Fall,

\ . der in der Fig. 3b dargestellt ist, ist der Signalabtast-ί ■ wert a (Ausgang der Torschaltung f) negativ und der Signal-

.. ■

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abtastwert b (Ausgang der Torschaltung 12) positiv. Der Schalterkreis 44b erzeugt daher dann einen Ausgangsimpuls, wenn die Sägezahnspannung 55 oinen Wert werreicht, der gleich dem Negativen des Signalabtastwertes b (- v, ) ist. Der Shhalterkreis 44a erzeugt dagegen ein Ausgangs/impuls, der zeitliich später auftritt, und zwar dann, wenn der Sägezal*: einen Wert erreicht, der gleich dem Negativen der Spannung des Signalabtastwcrtcs a (- ν ) ist.

Zwei Impulsgeneratoren 45a und 45b, die Impulse von veränderlicher Länge erzeugen , (Fig. 1) sind so verbunden, daß sie von diesen Steuerimpulsen aus den Schalterkreisen 44-°- und 44b angestossen werden können. Diese Impulsgenerntoren geben Impulse 56a und 56b ab (Pig. 3b). Diese ^

Impulse 56a und 56b haben konstante Höhe, Ihre Länge L dangegon ist durch die Zeiten bestimmt, zu denen sie durch die Vergleichsschaltung*^ angestoßen werden. Die beiden Impulsgeneratoren 45a und 45b sind weiterhin mit dem Sägezahngenerator 36 derart verbunden, daß sie abgeschaltet werden können, wenn der Sägezahn endet. Die Impulse aus den Impulsgeheratoren 45a Und 45b, die von veränderlicher Impulslänge sind, beginnen daher zu untersbiedlichcn Zeitpunkten nach dem Augenblick, zu dem der letzte Signalabtastwert f gewonnen worden ist. Das hängt von der Größe der entsprechenden Signalabtastwerte aus den Torschaltungen 11 und 12 ab. Di" Impulse aus den Impulsgeneratoren 45a und 45b enden dngeger um einen feston zeitlichen Abstand, nach dem der Siganlabtast- I wert f gewonnen worden ist, da die Sägezahnspannung von festoi· Dauer ist. !fen kann also beobachten, daß die Ausgangsiöpulse 56a und 56b der beiden Impulsgeneratoren 45a und 45b ihre Dauer von einem Rechenzyklus zum nächsten ändern, wobei die Länge aufeinanderfolgender Impulse linear von aufeinanderfolgenden Abtastwerten des Signales S₁(t) abhängen. Das geht aus der folgenden Formel hervor:

009810/0 S* 1

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Impulsdauer = L + A₁S₁Ct^) (7) ·

In diesem Ausdruck bedeuten L und A- Konstanten. Der Sägezahngenerator, die Impul3gencratoren zur Erzeugung von Impulsen veränderlicher Länge sowie die Koinzidenzkreise können nach bekannten Schaltungen aufgebaut nein, so daß sich eine genauere Beschreibung hier erübrigt.

Die MultipliziervorrichtunfT 3o enthalten weiterhin noch Amplitudenmodulatoren 48, die in ihrer Zahl der Anzahl der verfügbaren Zeitverzögerungen f (siehe Tabelle 1) Entsprechen. Jeder der Arnplitudenmodulatoren 48 weist zv/ei Eingangsr.nschlüssc auf,von den<-n der eine nit einem der Inpulsgenuratoron 45a ader 45b verbunden l3t, und der andere joweilü zu einen der Ausgangsnaschlüsse t, u, ν odor ν/ derjenigen Torschaltung führt, die das Signal Sp(t) abtasten. Die Aufgabe der Amplitudenmodulatoren 48 besteht darin, die Ir.puloo konstanter Höhe, die· von einem der Impulsgenerator^. 45a oder 45b einlaufen, und die eine veränderliche Impulsdauer besitzen, so zu modulieren, daß ihre Amplitude linear von der Amplitude von einen der Attastvorte des Signalen Sp(t) abhängt.

Das läßt sich durch folgende Formel ausdrücken:

Impulshöhe = A₂ S₁. (t_k +χ) (8)

In dieser Formel bedeutet _Λ2 eine Konstante. Die sogenannte Amplitudenzeitüläche der dabei entstehenden Ausgangsimpulse wird durch den folgenden Ausdruck gegeben;

Impulsfläche =A₁ A₂ S₁(^) S₂(t_k + χ) + S₂ L A₃(t_k+ γ,

(9)

009810/0541 bad

1%
-M- Η74Ί01

Der erste Term der Gleichung 9 entspricht den Produkten der entsprechenden ursprünglichen Signalabtistwertpaare, während der zweite Term der Gleichung 9 proportional den Abtastwert von So(t) ist. Wenn man diesen zweiten Term über viele Rechenzyklen hin mittelt, nähert sich dieser zweite Term dem Wert Null oder einer Konstanten an.

In der Figur 3c ist die Menge der Ausgangsimpulse 57 der Multiplikatio^nsmodulatoren 48 während zweier Rechenzyklen des Systems gezeigt. Die Ausgangsimpulse 57 sind dabei entsprechend den Signalabtastwertprodukten, die sie darstelle:, mit b - c, a-c , b-d usvpauegezeichnet. ES/ßOll bemerkt werden, daß einige dieses Ausgangsimpulse positiv und einige \ negativ sind, daß jeder dieser Impulse von einer Polarität zu einer anderen Polarität wechseln kann, und daß ihre Impulshohen-Impulsdauereigenschaften Veränderungen unterworfen sirici und zwar in Übereinstummung mit den multiplizierten Worten der paarweise zusammengefaßten Signalabtastwerte. Weiter kalman sehen, daß wegen der der Reihenfolge der Abtastsignalwert S₁ (t) und Sp(t) zugeordneten Zeitverzögerungen jeder der, Inpulse 57 einem Produkt S^(t) * S₂(t + χ ) für eine ' _x unterschiedliche Zeitverzögerung X entspricht. Ein jedes dieser Produkte, das während eines jeden Rechenzyklus für di· gleiche Verzögerungszeit χ gerechnet werden^st,trägt schlich lieh zu dem entsprechenden Korrelationskoeffizienten bei, wenn die Zeit t_fc fortlaufend größer wird. (In praktischen * Ausführungsbeispielen braucht die Spannung zwischen den Impulsen nicht Null zu sein, wie es in der Pig. 3b gezeigt ist« Die Verwendung einer Bezugsspannung, die nicht Null ist, addiert dem Korrelat^orausgang nur eine Konstante hinzu, die unabhängig von )

Um nun die entsprechenden Korrelationskoeffizienten zu erzeugen, wird jede Serie von Ausgangsimpulsen 57, die an

BAD OFUG8NM-

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JF- ■ *σ

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Ausgängen 31 erscheint, und deren Länge, deren Ampü- t_r tude und deren Polarität veränderlich ist, als nächstis in

* eine Ausgangsspannung, einen Ausgangsstrom oder eine andere

* meßbare Größe wie beispielsweise ene Verzögerungszeit, eine digitale Darstellung usw. umgesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Information über das Produkt, die

/ in den Impulsen 57 enthalten ist, direkt in eine kontinuier- £· liehe, veränderliche Spannung oder einen solchen Strom mit " Hilfe der Vorrichtung 4o umgesetzt, die ein statistisches Mittel bildet. Das geht nach einem Verfahren vor sich, in dem die Zeitintegration in der Korrelationsformel nach

F Gleichung 1 durchgeführt wird. Dazu werden die einzelnen I Ausgänge 31 getrennten Schaltkreisen 41 zugeführt, die |f mit Vorzug aus einfachen RC-Netzwerk en bestehen, deren

Zeitkonstante viele Male länger als die Dauer eines Rechen-.; zyklus des Systems ist. Es wird daher ein Fremdkorrelations- ^?* koeffizient 0 ( -γ ) erzeugt, wenn eine.jede solcher 'f_x Serien von Impulsen 57 für eine verschiedene Zeitverzögerung 5 γ einzeln \^ährend des ft^chenablaufes in dem System

I ^cn

ζ gemittelt wird. Yfenn die Zeit t, fortlaufend anwächst, stellei.

I die Änderungen im Mi+tel einer Folge von Impulsen 57, die

( über eine Periode von mehreren Rechenzyklen auftreten,

* die Änderungen der einzelnen Fremdkorrelationskoeffizienten #" dar, die auf diese Weise berechnet werden. Demzufolge

*; kann sich auch der Verlauf und die Größe der Korrelationsf funktion 0 (X ), die aus den zusammengefaßten Korrelations-I' koeffizienten besteht, selber mit der Zeit ändern, und zwar wegen der zeitlichen Änderungen der einzelnen Korrelations-I koeffieienten.

Betrachtet man nun die Formel für die Korrelationsfunktion ; (Gleichung 1) so sieht m-in, daß die Funktion des Korrelations-

* rcchners nun vollständig ist. Die Schaltkreise 41 zur statistischen Mittelung führen die Integration und die Division durch, erzeugen gemeinsam an den Ausgängen 42 die

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BAD

Η74101

Korrelationsfunkktion 0 ( "£ ), die aus acht gleichförmig verteilten Korrelationsko'effizienten 0 (¹^_n) besteht, die während des Rechenvorganges in den System kontinuierlich in analoger Form erzeugt sind. Diese Korrelationskoeffizienten können nun dir<kt auf einen Oszillographen oder auf einem Schreiber (nicht gezeigt) dargestellt werden, oder aber auch in einer Vorrichtung 5o auf andere Weise weiter verarbeitet werden, wie es später noch beschrieben wird.

Es wurde früher bereits gezeigt, daß es aufgrund der Zeitsteuerwählschaltung 26 möglich ist, die Dauer des grundlegenden ZeitSchrittes 52 und damit die Abstände zwischen zwei Signalabtastwerten zu ändern. Dadurch kann auch in der Tat die Dauer eines Rechenzyklus des gesamten Systems geändert werden, d Es ist daher auch möglich, die Streuung zwischen aufeinanderfolgenden Zeitverzögerungen ^, durch die die Frendkorrelationsfunktion dargestellt wird, nach Belieben zu ändern. Zusätzlich enthält die Zeitsteuerung 2o noch Vorrichtungen, die die Erzeugung der Korrelationsfunktion von Signalen in Gebieten gestatten, die von Null verschoben sind. Zu diesem Zweck ist in der Zeitgeberschaltung zwischen den Schaltkerkreisen 2 und eine Vorrichtung 38 zur Herstellung VEränderlicher Verzögerungen vorgesehen, die aus einer beliebigen bekannten Schaltung aufgebaut sein kann. Je nach dem, wie diese Verzögerungsvorrichtung 38 eingestellt ist, können die Signalabtastwerte des Signales S₂(t) gegenüber den Signalabtastwerten von S₁Ct) um jeden beliebigen Betrag verzögert werden. Das ist in der Pig. 3a {

dargestellt, in der die gestrichelt gezeichneten Impulse der Abtasttorschaltungen 21-24 gleichförmig verzögert gezeigt sind, um gleichmäßig verzögerte Ab&astzeiten e', d' e¹ und f' zu erhalten. Eine Verzögerung um acht Zeiteinheiten beispielsweise ergibt Zeitverzögerungen, die in der folgenden Tabelle aufgestellt sind:

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BAD

H74101

Tabelle II

Signalwertpaare Zeitverzögerung zwischen

Signalwerten (in Zeiteinheiten)

b	-C1	8
α	- cV .	9
b	- d'	10
a	- d1	11
b	- e'	12
a	- e1	13
b	— f' —	U
a	- f ■	15

Da der Sägezahngenerator 36 von dein letzten Schalterkreis 34 angestoßen wird, ruft jode Änderung in der Einstellung der Zeitverzögerungsvorrichtung 38 eine Verschiebung desjenigen Zeitpunktes hervor, an dem der Sägezahnimpuls anläuft. D-i3 ist durch die gestrichelte Linie 55' gezeigt. Auf diese Weise ist erreicht, daß die Multiplizierph'ase des Rtchenzyklus immer ir. Anschluss an die Abtastphase folgt. (Auf Wunsch kann man den Sägezahngenerator 36 so aufbauen, daß die Neigung des Sägezahnes einstellbar ist. Damit kann man die Dauer der Multiplikationsphase in dem Rechenzyklus verändern, um Verstärkungsänderungen auszugleichen, die durch Änderungen in der Steuerfrequenz odor in der Verzögerungszeit hervorgerufen sein können). Während es durch diese veränderliche Verzögerung möglich ist, die Korrelationsfunktion in jedem beliebigen Gebiet, das sowohl iie Verzögerung Null enthalten kann als auch witer verschoben sein kann, zeitlich darzustellen (oder anders weiter zu verarbeiten), ist es durch die Tatsache der Prequenzauswahl möglich, dieses Gebiet auseinander

· ·
zu ziehen oder zusammenzudrücken, um den Grad der

Genauigkeit zu ändern, mit de:i die Premdkorrelation mit der

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verfügbaren Anzahl der Verzögerungszeiten χ definiert ist. Weitere Vorzüge, die sich durch diese veränderliche Verzögerung ergeben, werden noch anschliessend erörtert.

Die Abtastvorrichtungen zum Abtasten von niederfrequenten Signalen, die in der Fig. 4 funktionell dargestellt sind, weisen zwei Schrittschalter 58 und 59 auf. Die Schrittschalter haben miteinander gekoppelte Gruppen von Kontaktarmen W. Jeder besitzt neuen Kontakte» Die Kontakte XI - X9 des Schrittschalters 58 sind mit einzelnen Kondensatoren C verbunden, die- zum Speichern der Signalabtastwerte dienen. Die Kontakte Y1 - Y9 des Schalters 59 sind nit einzelnen Speicherkondensatoren C¹' verbunden, die die gleiche Aufgabe zu erfüllen haben. Der Schalter 58 besitzt ä einen Schaltarm Wl, der zun Aufladen eins Kondensators dient. Weiterhin weist der Schalter 58 Kontäktamrme W_Q und W^ auf, die zum Abfühlen der Kondensatorspannung dienen. Die Kontaktarme W und W, sind mit den Kontaktarm W1 gekoppelt und nehmen eine Winkelstellung ein, die von den KoAaktarn W1 um eine bzw. um zwei KcrAaktabstände verschoben ist. An den Kontaktarm V/1 ist über eine geeignete Verbindung das Eingangssignal S₁(t) angelegt, das an-den Eingangsanschluss 10 a geführt ist*

De/r Schalter 59 waist einen Kontaktarm W2 zum Aufladen der Kondensatoren auf, der elekttisch so verbunden ist, daß er das Eingangssignal Sp(t) erhält, das an den Eingang \

1ob angelegt ist. Weiterhin besitzt der Schalter 59 vier Kontaktarme W , W,, W und W-, die zum Abfühlen der Kondensatorspannnngen dienen, und nit dem Kontaktarn W2 gekoppelt sind. Die Kontaktarne W , W^, W_g und W_f sind an solchen Winkelstellungen angebracht, daß sie von dem Kontaktarn W2 zun Aufladen der Kondensatoren einen Abstand aufweisen, der jeweils 2, 4, 6 und 8 Kontaktabständen entspricht. Die Schaltarme beider Schalter werden durch den Schrittschaltmechanismus 61 schrittweise im Uhrzeigersinn

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-^T 147 A101

gedreht. Das wird periodisch von einem Zeitgeber 6o ausgelöst. Die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden *; Signalabtastungen und Zeitabschnitten zwischen Korrelationskoeffizienten ist durch die Schrittschaltperiode des

* Schalters bestimmt, die über den Zeitgeber 6o geändert werden kann. Ein typischer Änderungsbereich liegt zwischen

|, o,o25 Sekunden und 1o Sekunden.

Die Spticherkon'densatoren C und C2' funktionieren auf I gleiche Weise wie der Ausgangskondensator C (Fig. 2) in '* . den Abtasttorschaltungen der ersten Aus führungs form, die als Diodenbücken aufgebaut sind. Wenn die Eingang s-

\ signale S-(t) und Sp(t) in der momentanen Ausführungsform

. an ein Kondensatorenpaar C1· und C2' angelegt werden, d.h.

*' wenn die Aufladeschaltarme W1 und W2 so angeordnet sind,

J. daß sie während der Zeitspannen zwischen den Schaltvor-

* gangen ein Kontaktpaar X-Y berühren, folgen die Kondensator- 'ζ spannungen ihren Eingangs Signalspannungen so lange, bis die ^;T Kontaktarme an die nächsten XY-Kontakte wit ergeschalt et

'p v/erden. Wenn das geschieht, bleiben die beiden aufgeladenen Kondensatoren auf Spannungen aufgeladen, die de'm Wert des

,: entsprechenden Eingangsignals entsprechen, der im Augenblick ^ des Schaltvorganges angelegen hat. Die dabei entstehenden

* . Abtastspannungen verbleiben auf den entsprechenden Kondensatoren und werden anschliessend schrittweise solange verwendet, bis die Schalter eine vollständige Umdrhhung I durchgeführt haben, und bis die Signalabtastwerte, die in eine^T '* solchen Kondensatorenpaar gespeichert sind, durch' das I Anlegen von neuen Signalabtastwerton ersetzt sind.

Auf diese Weise erhalten solche Kondensatoren, die um jeden der Schrittschalter im Uhreziger herun angeordnet sind, Sig^ialabtastwerte, die zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten gewonnen worden sind. Wenn man also die

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BAD ORIGNNAL

The Boeing Company JJ Re-Gu-27£Ä / ι η -ι

gespeicherten Signalabtastwerte in entgegengesetztem Uhrzeigersinn um die Schalter herum verfolgt, kann man sehen, daß die aufeinanderfolgenden Abtastwerte jeweils zu früheren Zeitpunkten gewonnen worden sind.

Die Schaltarme W_&, W^, W_c, W^, W_Q und W_f, die die Signalabtastwerte abtasten, sind elektrisch so verbunden, daß sie die gespeicherten Signalabtastwerte an die Eingänge r, s, t, u, ν und w der MultipIikationsschaltung 30 anlegen, die sie paarweise in eine vollständige Gruppe von Produkten zusammenfaßt, die genauso wie in der zuerst beschriebenen Ausführungsform unterschiedlichen ZeitVerzögerungen f entsprechen. Die nachfolgende Tabelle zeigt, in welcher Folge in dem dargestellten d Ausführungsbeispiel die verschiedenen X-Y-Kontakte und die entsprechenden Speicherkondensatoren paarweise während der Schaltvorgänge des Schrittschalt ers zusammengefaßt werden, um eine gleichförmige Gruppe von acht Verzögerungszeiten während neun aufeinanderfolgenden Schalterspielen zu erhalten:

Tabelle III

Zeitverzögerung T" 0 12 3 4 5 6 7

Abtast-

schaltarme W_b-W_c W_a-W_c W_b-W_d W_a-W_d W_b-W_ß Kummer des
Rechenzyklus

2 *S~"^S ^X1""^Y9 ^9"^7 ^X1~^Y7

3 ^X1~^Y1 ^X2~^Y1 ^X1~^Y8 ^X2"^Y8 ^X1~^Y6

5 ^X3"^Y3 ^X4~^Y3 ^Χ3"*^Υ1 ^Χ4~^Υ1 ^Χ3"^Υ8 ^Χ4~^Υ8

6 Χ^-Υ^ X^-Y^ Χ4~^Υ2 ^5~^Υ2 ^Χ4"*^Υ9 ^Χ5~^Υ9

Vvf	Wa	-Wf
X8-Y2	X9	-y2
X9-Y5	X1	-Y3
X1-Y4	X2	"T*
γ _γ	Ϊ,	-Y5

7 ^Χ5~^Υ5 ^Χ6~^Υ5 ³S^-^ ^Χ6~^Υ3 ^Χ5"^Υ1 ^Χ6~^Υ1 ^"^Ύ8 ^Χ6"^Υ8

8 X₆-Y₆ X₇-Y₆ X₆-Y₄ X₇-Y₄ X₆-Y₂ X₇-Y₂ X₆-Y₉

9 X₇-Y₇ X₈-Y₇ X₇-Y₅ X₀-Y₅ X₇-Y₅ %"^Υ3

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Die zweite Reihe in der Tabelle 3 etellt die Abtastkontaktarmpaare dar, die einmal aufgrund der Verbindungen zwischen den Kontaktarmen und den Multiplikatioreingängen und zum anderen aufgrund geeigneter über Kreuz geschalteter Multiplikationsverbindungen in dtm Multiplikator 3o (Pig. I) selbst entstehen. Jede darauffolgende Reihe zeigt für nachfolgende Zyklen das entsprechende paarweise Zusammenfassen von X-Y-Kontakten, das aufgrund der oben erwähnten Verbindungen und aufgrund der entsprechenden Stellungsn der Schältarme gegenüber den Kontakten entsteht. Jede Spalte der Tabelle zeigt, wie die verschiedenen Kontakte (und damit die entsprechenden Signalwertspeicherkondensatoren ) nacheinander paarweise zusammengefaßt werden, um die aufeinanderfolgenden Produkte zu erzeugen, die zu den dabei entstehenden Korrelationskoeffizienten für eine bestimmte Verzogenungszeit T beitragen. Vergleicht man die Tabelle 3 mit der Fig. 4, so sieht man, daß ein vollständiger Satz von sechs Signalabtastwerten, der während eines jeden Zyklus an die Multiplikatorschaltung angelegt wird, in jedem Zyklus B Signalwertpaare (Produkte) erzeugt. Weiterhin sieht man, daß ein jeder der gespeicherten Signalabtastwerte in verschiedenen Stellen und in verschiedenen Zyklen der KorrelatioHsschaltung verwendet wird, die dem Einspeichern der Signalwerte in die Kondensatoren folgen. Das geschieht solange, bis ein gespeicherter Signalwert 9 Zyklen später durch einen neuen Signalabtaatwert ersetzt wird. Weiterhin kann man sehen, daß jeder Rechenzyklus Multiplikationen von Signalwerten erzeugt, die während der vorhergehenden 8 Zyklen gespeichert worden sind. Die dabei entstehenden Produkte werden an entsprechende Schaltkreise 41 zur Bildung eines statistischen Mittels angelegt, so daß sie wie bisher zu den Ausgangssignalen beitragen, die die Korrelationskoeffizienten darstellen.

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Wie bereits vorhin gezeigt worden ist, ist auch in dieser Ausführungsform eine Ändaung der Dauer der zeitlichen Verzögerungan möglich. Man braucht dazu nur die Periode zwischen den Schaltbuwegungen der Schalter 58 und 59 zu ändern. Durch zusätzliche Kontakte, Speicherkondensatoren und Schaltarraen oder äquivalenten Bauteilen lassen sich noch größere Anzahlen von zeitlichen Verzögerungen herstellen. In dem vorliegenden Beispiel ist die Anzahl dieser Bauelemente nur deswegen so niedrig gewählt, um die Darstellung einfacher zu machen. Me hier offenbarten Grundlagen sind nun keineswegs auf die Verwendung von Schrittschaltern mit Speicherkondensatoren beschränktet. Es können auch andere Bausteine verwendet werden, die die gleiche Funktion ausüben, wie beispielweise Schrittmotore, Relais, elektronische Schalter, Speicherschaltungen oder auch Kombinationen aus solchen Bauelementen.

Wenn man eine Korrelationsfunktion nach dem Abtastverfahren mißt, hängt die Stabilität bzw. die Genauigkeit der Messaung mit der Anzahl der Signalwertpaare zusammen, die jeden der Ausgangskanäle während der Integrationszeit der Ausgangsfilter zugeführt werden, die das statistische Mittel bilden. Wenn hochfrequente Signale analysiert werden, kann man die Zeitschritte (Δ X) zwischen den Verzögerungszeiten so klein wählen, daß die Abtastgeschwindigkeit in jedem der Kanäle ausreichend hoch ist, so daß beispielsweise mehrere hundert Signalabtastwerte in einer Zeitspanne erscheinen, die der Zeitkonstanten der Schaltung gleicht, in der die statistische Mittelung durchgeführt wird. Die Ausgangsstabilität ist dann gut« Wenn man jedoch niederfrequente Signale analysiert, können die einzelnen Verzögerungsschritte nicht mehr klein gewählt werden, so daß die Abtastgeschwindigkeit normalerweise proportional erniedrigt wird. Dann nimmt aber auch die Genauigkeit ab. In der

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I¹ vorliegenden Ausführungaform, in der die Zeitverzögerungen I für die Produktenpaare durch ein paarweises Zusammenfassen

f von Signalabtastwerten hervorgerufen wird, die über verschie· ^f den lange Zeiten während der vorhergehenden Zjüen gespeichert sind, ist es möglich, die mögliche Anzahl der Produkt-/ paare wesentlich zu erhöhen, die pro Integrationszeit- ζ konstante in einem jeden der Ausgangskanäle an diese Aus-^& gangskanäle angelegt werden. Diese mögliche Zahl von Produktenpaaren kann wesentlich größer sein als es bisher

* bei der Korrelationsuntersuchung niederfrequenter

* ' Signale möglich war.

" Dadurch, daß am Ausgang des Korrelationsrechners viele )>' Korrelationskoeffizienten gleichzeitig verfügbar sind,

ist es möglich, direkt aus den Korrelationskoeffizienten ί '' das Energiespektrum zu berechnen. Man kann leicht zeigen, ρ' daß das Vektorprodukt der Energiespektren C (w ) η zweier Signale, deren Premdkorrelationsfunktion durch 0λo ("tr) gegeben ist, durch die folgende Formel gegeben

f¹ wird.

t,' Während nun das Vektorprodukt des Energiespektrums eine ^: konplexe Funktion ist, hat das Energiespektrum P ( uj ) eines einzelnen Signales nur deswegen reellle Komponenten,

^ weil die Eigenkorrelationsfunktion 0_ΛΛ (f) eine

I· -

'ζ gerade Funktion ist. Das Energiespektrum P (cj) kann daher wie folgt geschrieben werden:

Ph)°~j p.Jrjc^corJr ₍₁₁₎

Diese Gleichung läßt sich durch folgenden Ausdruck als eine statistische Näherung schreiben:

P(o°) - 4p Σ Φ,, fa) ^ ™%ΔΖ (12)

^ _m.o

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3?

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Da durch die Erfindung, wie beispielsweise die Ausführungsforni nach Fig. 1 , eine Vielzahl verschiedener Korrelationskoeffizienten 0 ( "f ) verfügbar sind, kann man das Energiespektruni P (co ) ebenfalls kontinuieäihh berechnen. Das läßt sich so durchführen, daß man die Ausgangssignale des Korrelationsrechners in Übereinstimmung mit den oben-Btehenden Gleichungen einer einfachen Fourier-Transfornation unterwirft. Zu diesem Zweck ißt nach der Erfindung ein Gerät zur Erzeugung von Energiespt-ktren vorgesehen (Pig. 6 und 5)» das entweder unabhängig gemeinsam mit einer anderen Vorrichtung betrieben werden kann, die gleichzeitig Korrelationskoeifizienten abgibt und diesen Gerät zuführt. Ein solches Gerät, mit den sich ein EnergieSpektrum berechnen läßt, ist die Vorrichtung für cine Fourier-Transfornation, die in der Pig. 5 gezeigt ist. Diese Schaltung weist 8 Eingänge 7o auf, die den entsprechenden Ausgängen derjenigen Schaltkreise in Pig. 1 entsprechen, in denen die zeitliche Mittelung durchgeführt wird. Wie noch weiter unten näher erklärt wird, ist jedoch in allgemeinen eine größere Anzahl von Eingängen günstig. Diese Eingänge sind -auf verschiedene Weise mit den Eingangsenden von Sunraationswiderständen 74-verbunden, die in einer Folge von Summationsnetzwerken 72 gruppiert sind. Die Ausgangssignale von den Summationsknotenpunkten von bestimmten Zweigen dieser Netzwerke werden durch getrennte Umkehreehaltungen 76 hindurchgeführt, bevor sie mit den Ausgangssignalen an den Summationsknotenpunkten der restlichen Zweige ein^s Netzwerkes vereinigt werden. Diese Umkehrschaltungen ändern das Vorzeichen der addierten Signale, und zwar in Übereinstimmung nit den Bedingungen, denen diese Vorzeihhen aufgrund der Transformationsgleichung genügen· müssen, die gerade berechnet wird. Die Werte der einzelnen Widerstände in den Summationsnetzwerk werden in Übereinstimmung mit der Transformationsgleichung oder mit Abwandlungen einer solchen Transformationsgleichung ausgewählt, wie es noch erklärt wird.

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Lcp.t r\".n in U«" Ein^n^e'-nüchllissc- 7o Ii ,so inilo-On Signale °.n, 'ic Mi^nkorrt.l^tionnkouffiziont^n φ₄₁ it*) ^rstellen, so liefert je.U-r Sunn?.tions"U3r; .n^a^nnchluß 78 oin-s jc!en Trⁿ.nsforn"tionsnetzw. rk-3 in^ Or'.linkte F (c^) !es Energiesp^ktruns ^s Si^n^.ls S..(t) l.h., 'cn Wert !es Encr^iespektruns b i ein r Kr>.isfrequcnzco · Dr '''ort 'iescr Or^.in^tc; iat in ^Ά.ϊ.τ\ vorli^p-cnien Pill 'urch vorli,.^n'c Gl.ichunp Ufini^rt:

J^¹Ci Or-'in°.tc stellt r'.ih·. r .inv. Sur.n .tinn von Pro'ukttn folien'cn Porn \".r:

Wenn 'er Abst'.n¹ zwischt-n zw i neben in^.n'erliefen'.tn korrcl^.tionskoeffizionton <£„ Iy^) ^:-^r-r p-l-iche ist, !^.nn ist

Δ X konstant un¹. 'ic Or'in^t«. \,3 Env.r^iesp^ktruns ist ·.inf^.ch proportional '.r Sunn, -.us ¹Cn iro ukt*.-n von O₄₁ (t%) Je '!er .V/i V^rst'-vn¹. 74 in '.v.n Sur.::Tⁱ.tionsn-;tzwork führt 'ioso Multiplikation 'urch, wob.i \r Lcitv/.rt G U-s Wi '..rst^n^os ''en Faktor 'x>i <--'„. Xy. l^.rat.llt. D.r '/..rt für je Ten Wi 'trst-'.n¹ 74 laut sich leicht vor''usb^stin::i.-n, ^1o in je'en N.tzwork 74 <\cv W-jrt to für illv, Wi V. rstän¹.·-· -ler fl-.iehe ist, währen¹, !er W„rt von T₁, 'r bik^nntcn W-rzoVorunpszcit für ein .n b<. stirratcn Korrcl^.tionsko^f fizi■-•nt..n°.usp"inp^psk^fin'il 7o tntspricht, mit 'λ·π 1i-ser sp;zicllc .^ri 'jrst^n' ν rbun';n ist. D-. für bcstinr.tc 'i^Sur Produkte to^t* l^r Wert Ice Leitwertes

τ.,, τ,*γί*\ΐ ist, un¹ '". os nicht fünstip; ist, einen -n WiKrstnnl (Leitfähigkeit)zu verwen'>jn, werien liese· Wi-Iorstän'.c üb^r _inen frcneins^nun Untursunnntionspunkt zu8inr.K-n»efnßt un'. !urcn Ii^ Unkehrsch^.ltunf: 76 hin-³urch(reführt, bevor sie nit ¹^n Iro'luktcn si^n-°.lon zusinncn aVUert wer'en, 'lic von 'en r.stlichcn Zwcipjn Ueses Trr.nefornitionsnetzwerkes 72 geliefert werfen.

In 'er cbi-n beschriebenen Ausführun^sforn üin.r Vorrichtung, lic eine Porrier-Trinsforn^.tion durchführen k°.nn, wir! in "-llpuncinen für je'c.berechnete Orlin^.tc -¹OS Energie spektrums eine Umkehr schaltung 76 benöti?t. ll".ch ^eni bisht,rip:^n Stnnd ^J.er Technik ist es je loch sehr kostspielig, solche Unkehrschnltun^en ".ufzubauen. Betrachtet m°.n nun 'ie Tatsache, laß in

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¹Un einzelnen Zweigiη 1er Sunnationsnetzwcrke entweder negative Wi'erstandswerto verwen'et wurden nüssen, oder aber • zus.".run-η n»it ein^r Gruppe solch .r Zweige Uukehrschnltungen eingesetzt werden nüssen, so ist .s wirtschaftlicher, den t.inz:lncn Zweien vier Sunnationsnetzwerke von vornherein I'ro'uktu zuzuführen, leren Wort negativ ist. Die ist in Λοη Figuren 6 und 1 gezeigt. Das -Vnzu verwendete Verfahren besteht "!arin, den Wert !es Korrelationskoeffizienten φ^Ιχ**) entweder an Eingang der P ¹^Ti-. r-Transfornntionsvorrichtunß, oder abor praktischer der noch wirtschaftlicher, die Einp^o.nfrssipn^o.le für bestimmte Kanäle !os Korrclationsrechners selbst unzukchrcn. In der Ausführungsforn, die in der Fi£. {TOZui^t ist, läßt sich dieses l.:tztu Vorführen lurch einen Schalter 82 durchführen, der wahlweise so geschaltet werden knnn, d^.ß eins einzelne Unkchrstufo 8o in die Signaleinfiän^e (S2(t) ) ler beiden Abt^sttorschaltungen 21 und 22 eingesetzt weri.n kr.nn. Danit nun in rillen Ausg°.n£rsk.anälen des Korrclntionsrechners sowohl lie invertierten "ils auch ""ie nicht invertierton V/erte ⁿer Korrelitionskoeffizienten φΐ4 (t-*) Verfügbar ein¹, sin! lic Schalter 84 in den Schalterlcitungen für 'ic Torschaltung 23 un¹ 24 nit den Unkehrstufcnschalter 82 gekoppelt und fTcncinsan nit ihn zu schalten. Dr.s geschieht, un diese beiden Leitunfc^n nit den entsprechenden L.itunken für die Abtasttorschaltungen 21 unl 22 verbin lon zu können.

Wenn nan liese Schaltvortauschunr-n durchführt, so ändern sich lie relativen Anst-uerz.itpunktc für die beiden letzten Abtasttorschaltungen 23 un¹ 24 in ler Rciho der Torschaltungen derart, laß div.Se beiden Torschaltungen ¹Ic Signalwerte nun an den Zeitpunkten e^M und f" gewinnen. Das ist in der Figur 3 a lurch strichpunktierte Linien gez igt. Dadurch wir"¹ notwendigerweise lie Anzahl 1er verfügbaren Zeitverzögerungsschritte Δ t °uf die Hälfte Vermindert, da in liesen Falle nur noch zwei Signalabtastwerte des Signalcs Sp (t) für eine Multiplikation nit Abtastwerten des Signales S.. (t) verfügbar sind. Je'och sinl diese beiden Signalwerte durch eine Aufspaltung in positive und η erative Polaritäten (d.h. invertiert und nicht invertiert) verloppelt, so laß sich eine entsprechenIe Verloppelung von Xorrdationskoeffizijnt^.npaarcn, /

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nämlich invertierte unl nicht invertierte, für die gleiche Zeitverzögerung γ ergibt. Dieses Ergebnis ist an rlen paarweise angeordneten Eingängen in der Pig. 6 dargestellt· (Obwohl lie Eingänge für Ue inv-rtierten und die nicht invertierten Korrelationskoeffizienton lurch Pluszeichen un! Minus-Zeichen gekennzeichnet sinC, können liuse beiden Eingänge sowohl positive als iuch negative Signaltcile enthalten, sofern mn sie auf Null o!er anlore Bezugsgröfle bezieht.) In tatsächlichen Ausführungsforracn wird durch dieses Vorfahren der EinlangeSignalumkehr, das durchgeführt wird, un invertierte Korrelationskoeffizienten zu gewinnen, ein großer Teil der Zeitsteuerschaltung beeinflußt· Es ist iaher normalerweise günstiger, denjenigen Signaleingang umzukehren, der die geringere Anzahl von Eingangs-" schaltungen, d.h. Abtasttorschaltungen enthält. _{

Wie bereite auä der Gleichung 1o hervorgegangen ist, ist dae Vektorproflukt von Energiespektren C (w) eine komplexe Punktion. Da die Premdkorrelctionsfunktion φ^ (χ) nicht notwendigerweise eine gerade Punktion ist, können der Realteil und der imaginäre Teil Uesee Energieepoktrums durch Integration"übor positive unl negative Vorzögerungewerte von χ berechnet werden. Das geht aue folgenden Gleichungen hervor

+ O

+ OC

*^co

er«.)*-J-J

Diese Gleichungen können durch folgende· Ausdrücke »ke statistische Näherungen geschrieben werden:

Rt C(">) s -4- J" φ

¹^ ' J ir ^

Die Realkonponente (Gleichung 17) wird durch das Transfornationsnetzwerk 73 (Pif. 6) auf ganz ähnliche Weise berechnet, wie es in Verbindung mit der Berechnung der Enerpiiespektren P(w)

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beschrieben worden ist. Die Widerstände 74 worden -Inner so ausgewählt» daß ihre Leitfähi^keitswerte proportional C05 ^to+l:·» sind, und 3ie werden nit Ten !Correlationskoeffiziontoneingängen 71 der passenden Zeitverzögorungawerte und der passenden Polarität verbunden.

Der Inaginärteil wird gleichzeitig mit dea Realteil dadurch berechnet, lnfl man eine andere Gruppe aus Transfornntionsnetzwcrkon 77 einschaltot, von denen jedes als Eingang die verfügbaren FrendkorrolntionekoeffiziGntcn empfängt, und von denen jedes an seinem Sunmationsausgang eine Ordinate

'j ^wel) dee Imginärteilos des Energioapektrums erzeugt· Da nun eine jede Ordinate proportional der Sunno dor Produkte φ_4Λ (t)4i™ M-m Tw sein nuß, wirl jeder Widerstand in den Nutzwerk 75 eo gewählt, laß soin Leitwert proportional

6*λλ u>m f_m ist. Auch hior ist es wieder notwendig, daß für bestinnte Produkte u^T* Ue Wi !orstandswert. negativ sind, so daß di«? Eingän/:u der Netzwerke wieder nit den Korrclationskoeffizicnteneinpünrcn der passenden Polarität verbunden sein nüssen.

Die Forderungen aus Ton Gleichungen 17 und 18, das nämlich die Integration sowohl für positive als für negative Zcitverzögorungen durchgeführt worden nuß, läßt sich an einfachsten in zwei Schritten durchführen, nämlich dann, wenn der Korrelationsrochner nach Pig. 1 beispielsweise die Korrolationekoefflziontenoingangesignalu für Me Enorgiespektrunnetzworke erzeugt. Zuerst werden Ctiese Berechnungen durchgeführt, wann die Signale S₁(t) und Sp(t) an len Einfangaeinöchlüaeen 1oa un¹. 1ob" anliegen. Anschließend werden !ann die Verbindunpon zwischen den Signalun S^t) und S₂(t) und den Anschlüssen 1o-\ un¹ 1ob vertauscht. Die Ausgangeeignale, 2ie den Realteil unl !en Inaginärtcil darstellen, und die in liescn bei lon Stufen erzeugt werden, werlen dann in einer Speichervorrichtung oder in einen Ar_faaiohnungsgerät zuaannen addiert (nicht gezeigt), ao daß man die voll3tun!igen Realteile und Innginärteile erhält, die normalerweise gv.trcn»*⁺ .^.»lorc^^ht werden. Maniikann η^"*>*

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Srrindung aber auoh ein Korrelatlonsreehner aufbauen» der eine solche Anordnung von Kanälen aufweist, daß ein jedes Signal bezüglich irgendeines anderen Signales verzögert ist, so Jaß sowohl flie Real- als auch (Ue Imr.ginärkonpononte des Energiespektruns in einem Schritt berechnet «erden kann, wobei die Integration kontinuierlich sowohl für positive als nuoh für negative Zeitverzögorungen durchführbar ist·

wurde bereits früher gezeigt, daß es für eine hinreichend gate Definition der Korrelationefunktionen in den moisten fällen notwendig ist, in den Rechner eine größere Anaohl ▼on Kanälen zu verwenden. Ebenso ist es notwendig, dns No tzwerk, in den das Bncrgiespoktrun erzeugt werlon soll, mit

r einer verhältnismäßig großen Anzahl von Eingängen für -Ue Korrelationsfunktion zu versehen, un in den Abschätzungen über die Energiespektrumeor!inaton eine hinreichende Genauigkeit BU erzeugen. Für die neiston Anwendungen dürften die Korrelationskoeffizienten für 24 unterschiedliche Verzögerungs- «eiten τ* ausreichen, während 1o das Mininua darstellen dürfte. Die kleinere Anzahl, die in lon vorliegenden Aueführungsbeispiel dargestellt ist, ist nur ler Einfachheit halber gewählt worden. Wenn nan das bereits beschriebene Verfahren zur Unkehr des Eingangssignales verwendet, un für die Tronsfornationsnctzworkö die richtige Polarität zu gewinnen» wird die Anzahl der Kanäle für die Korrclationskoeffiziunten

k norklich vemindert. In nanohen Fällen führt das dazu, daß ein System eine Berechnung dos Enorgieapektruns nicht aehr Bit ausreichender Genauigkeit durchführen kann. In solchen MUlen ist Uo bevorzugte d.lu -io wirtschaftlichere Lösung, anetatt beispielsweise größere Anzahlen ron üokehrschaltungen Mi verwenden, die in der ersten beschriebenen Aueführungsforn eines Bncrgiespcktruogonerntora erforderlich iqt, die Anzahl de» Ausgangekr-näle in <2e,n Korrelationsrechnem zu verdoppeln· Öles« lösung ist insofern verhältnisnäßig wirtschaftlich, al» zu einer Verdoppelung ^er Anzahl der Korrelationsrechneraujw?anff8kanäle nur die Anzahl der Signalabtasttorscholtungen vei<loppelt werden nuß, die für das Signal S^(t) vorgesehen sind. Außerdem ist es noch notwendig, die entsprechende Ansah!

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.der zugehörigen Amplitudenvergleicheeehaltungcn und der zugehörigen IrapulBgeneratoren zu verdoppeln, die lie Inpulsc von veränderlicher Länge liefern.

Ein nnderes Verfahren zur Verbeeserung ler Definition und der Auflösung eines Energiospektruns boeteht darin, in dem Korrelrvtionsrechnor nach Pig. 1 He Vorrichtung 38 eur Erzeugung veränderlicher Verzögerungen zu verwenden, und dna Enorgiespoktrum ( oder das Vektorprodukt aus Encrgieepektren) in nehreren aufeinanderfolgenden Schritten zu berechnen. Aus der Gleichung 1o geht hervor, daß Jede Ordinite P (w ) eines Energiespektrums genauer definiert ist, wenn mehr Produkte φ (tJ) *r> u>*, t„ für eine Summation zur Verfügung stehen. Wenn m".n die Vorrichtung 38 zur Erzeugung von veränderliohen Verzögerungen verwendet, ist eine schrittweise Erzeugung zusätzlicher Korrolntionskoeffizienten φ (t+j nöglich, wie os bereits erörtert worden ist. Die Forderung nach zusätzlichen Produkten macht scheinbar in den Tr&nsformationsnetzwerken zusätzliche Widerstände erforderlich. Diese Forderung ist erfüllbar* Venn man Über die Vorrichtung 38 zur Erzeugung veränderlicher Verzögerungen einen anderen Satz von Verzögerungen χ einführt, sind andere Widerstandswerte für jede unterschiedliche Verzögorungszeit dann nicht notwendig, wenn πτλ die Größe der zusätzlichen Verzögerungsverschiebung S so wählt, daß

Auf diese Weise ist es möglich, nit Hilfe des gleichen Transformationsnetzwerkes aus Widerständen aufeinanderfolgend Berechnungen von P (w) durchzuführen, die, wenn sie zusammengefaßt

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und gemeinsam dargestellt werden, eine höhere Auflösung und eine bessere Genauigkeit ergeben. Das gleiche Ergebnis kann man auch in einen Schritt erreichen, so daß Berechnungen aus einem gemeinsamen Signalabschnitt möglich werden, wenn man in dem Korrelationsrechner eine größere Anzahl von Kanälen vorsieht, und wenn man in die Transformationonetzverke zur Erzeugung der Energiespektren eine entsprechend größere Anzahl von Widerständen einsetzt.

Es ist möglich, das Energiespektrum in einem Schritt für eine größere Anzahl unterschiedlicher Frequenzen zu berechnen, ohne daß zusätzliche Korrelationskoeffizienteneingänge 71 notwendig sind, Wenn man eine größere Anzahl - von Netzwerken 73 zur Berechnung der Energiespektrenordinate Ψ verwendet. Die Zahl solcher Netzwerke ist jedoch begfcenzt, und zwar sowhhl durch theoretische als auch durch praktische Überlegungen. Als erstes hat es keinen Sinn, das Energiespektrum für Frequenzen cj abzuschätzen, die größer als 1 /2At sind, da die Korrelationsfunktion dafür nur unzureichend definiat ist. Außerdem ist es nur von geringem Wert, das Energiespektrum in Abstände zu berechnen, die kleiner als 1/t sind, wobei t das Signal mit der

IUcI ΙΠαλ

maximalen Zeitverzögerung ist, das in die Transformationsnetzwerke eingeht. Das liegt daran, weil die mittlere Breite des Spektralfensters normalerweise nur 1/f beträgt. (Siehe R.B. Blackman und J.V/. Tukey, "the Measurement of Power spektra", New York, Doves Publications Inc. 1959).

Is ist bereits gezeigt worden, daß jede Ordinate eines Energiespektrums eine Summation von Produkten aus den Werten bestimmter Korrelationskoeffizienten ist, wenn sie auch zeitlich veränderlich' sind), und daß bestimmte Leitfähigkeitswerte in Übereinstimmung mit einer bestimmten

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Formel auegewählt worden aind. Die Ordinaten von Energiespektron lassen sich jedoch mit noch größerer Genauigkeit (Auflösung) berechnen, wenn man die Gleichung modifiziert, die zur Auswahl dieser Widerstandewerte (Leitfähigkeitswerte) verwendet wird. Nach einer solchen Modifikation ist beispielsweise die Annahme gemacht, daß das Eingangssignal für die Schaltung zur Erzeugung des Energiespektrums, das die Korrelationsfunktion 0 (Tf) darstellt, eine kontinuierliche stückweise glatte Punktion ist, die durch eine gradlinige Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden Eingangsworten definiert ist, die bestimmte Korrelationskoeffizienten darstellen. Wenn imn diese Annahme durchführt, so ergibt sich für diu Formel, die für die Auswahl der Leitfähigkeitswerte verwendet wird, der folgende modifizierte Ausdruck:

&„<*. -4— f^ir, -η «Λ*,4 r t -4— \ un*n* Δ \ - C"}/'"-'K* A * }/ (2o )

In diesen beiden Gleichungen stellen Gn und Gn* die Leitwerte der Widerstände in den Netzwerken für den Realteil und den Imaginärteil dar, die mit den passenden Korrelationskoeffizienten an Eingänge verbunden sind, die dem Term η ΔΎ. entsprechen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Berechnung noch weiter verbessert werden, wenn man die Widerstandswerte in Übereinstimmung mit irgendeiner der komplizierteren Interpolationsfunktion wählt, wie beispielsweise in Übereinstimmung mit einer parabolischen Interpolation zwischen den Eingangswerten. Um nun die einzelnen Ordinaten eines Energiespektrums noch genauer zu berechnen, können die Korrelationskoeffizienten zusätzlich zu solchen Interpolationen ebenfalls modifiziert werden. Man kann sie beispielsweise mit bestimmten Gewichtsfaktoren oder Funktionen versehen, von denen die bekannten Gewichtsfunktionen von Hamming und Harming ein Beispiel sind. In dem oben zitierten Aufsatz von Blackman und Tukey ist das analytisch diskutiert.

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Für manche Anwendungen ist es wünschenswert, die Berechnung der Korrelationsfunktion oder des Energiespektruras zu normalisieren, un den Einfluss von Schwankungen der mittleren Spannung der Eingangssignale auszugleichen. Solche Normalisierungen lassen sich auch in dieser Erfindung leid* und einfach durchführen, wenn nan die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 beispielsweise mit Vorrichtungen versieht (nicht gezeigt} die in der Lage sind, Signalspannungen in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach John Broonall und Leon Riebmon zu dividieren, die diese beiden Autoren in den Aufsatz " A Sampling Analogue Computer" veröffentlicht haben, der in Proc. I.R.E., Vol. 40 No. 5» Mai 1952, Seiten 568 - 572 erschienen ist.

Eine weitere Maßnahme, auf die die Erfindung gerietet ist, ist die Messung von integrierter Signnlenergie oder von integrierten gemeinsamen Signalen«: rgieanteilen innerhalb eines mit unterschiedlichen statistischen Gewichten versehenen (Frequenz-)-SpektralfensterH. Zu diesem Zweck werden die Werte der Widerstände, die mit den Eigen- oder mit den Frendkorrelationaeingängen verbunden sind, auf die gleiche Weise berechnet, wie es bereits in VerbWung mit der Berechnung der Ordinaten von Energiespektren oder von Vektorprodukten aus Energiespektren beschrieben worden ist. Diese Widerstandswerte werden jedoch ebenfalls alt Hilfe von Multiplikationofaktoren mit verschiedenen statistischen Gewichten versehen, die dem In die Zeitachse transformierten Verlauf des Spektralfensters entsprechen. In allen oben angegebenen Gleichungen zur Berechnung der Widerstandswerte ist der Frequenzparameter *. u> toner oit ddm. VerafJgerungsparameter χ multipliziert. Dieser Tatsahhe wegen kann die Betriebefrequenz eines Netzwerkes dadurch beeinflusst werden, daß man alle Eingangs -% - Werte •proportional ändert. Bas läßt sich aber durch eine einfache Einstellung des Frequenzteilers 26 in der Zeitsteuerschaltung erreichen. (Siehe Fig. 1) Dadurch ist es möglich, den Frequenzbereich sowie die Form des Fensters zu tandem, indem die Energie oder ein gemeinsamer Energieanteil gemessen werden soll, so daß das System eine Art veränderliches Bandfilter und eine Art Signalenergieanalysator wird.

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Claims (1)

1. U7A101

   Patentansprüche

   1. Korrelationsrechner zur Berechnung einer Korrelationsfunktion aus zwei Eingangssignalen S₁(t) und Sp(t) mit zwo! Verzögorungsvorrichtungen (11, 12; und 21, 22, 23, 24), an die die beiden Eingangssignal^ jeweils angelegt sind, von denen jede mehrere Ausgänge ( r,s; t, u, v, w) aufweist, und die derart angesteuert sind, daß sie an ihren Ausgängen Barstellungen der angelegten EingangsSignaIe erzeugen, die eine vorbestimite zeitliche Beziehung zueinander aufweisen, wobei auch die Signaldarstellungen an den Ausgangen der einen Verzögerungsvorrichtung nit den SigraLdarsteilungen an den Ausgängen der anderen Verzögerungsvorrichtung in einer vorbestimmten zeitlichen Beziehung stlahen, der weiterhin eine Anzahl von Multiplikationsschaltungen (3o) mit nehreren Eingängen (r, s ..w) aufweist, die den Verzögerungsvorrichtungen zugeordnet sind, und an deren Eingänge die Ausgangssignale dieser Verzögerungsvorrichtungen angelegt sind, die außerdou zahlreiche Ausgⁿngs>°.nrile (31) aufweisen, die ".uf unterschiedliche Paare der Ein^ar.-cripiildarstellungen ansprechen, die sich "alle untereinander durch die Zeitverzögerung unterscheiden, über die die beiden Signaldarstellungen einss jeden Paares miteinander verknüpft sind, in deren Ausjr.ngskanälen (31) ferner Ausgangssignale erzeugbar sind, von rlenen jedes ein W\Q für des Produkt aus zwei Eingnngssignaldarstellungen ist, das ihnen zugeführt ist, und nit einer getrennten Verrichtung (41), die den Ausrnnfskanälen (31) der Multiplik2tionsschaltungen (3o) zugeordnet ist, und die kontinuierlich das zeitliche Mittel der Signale in den Ausgangskanälen der Multiplikationsschaltungen (3o) bildet..

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   2. Korrelationsrechner nach Anspruch 1, mit einer Transformationsschaltung (5o, Fig. 1), die zahlreiche getcennte Ausgänge (78, Pig. 5) aufweist, von denen jder auf zahlreiche genittelte Ausgangsgrößen des Rechners anspricht, und auf diese genitelten Ausgangsgrößen hin in den getrennten Ausgängen Ausgangsgrößen abgibt, die gemeinsam gleichzeitig nit den Anlegen der Ausgangsgrößen des Rechners an die Transfornationsschaltung das Prequenzepektrun derjenigen Signale darstellen, die an dan Rechner angelegt sind.

   3. Korrelationsrechner nit einer Transformationsschaltung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeich-

   * _ ne t , daß die Transfornationsschaltung zahlreiche getrennte Transfomationsnetzwerke (72, 7 3, 77) aufweist, von denen jedes nit einen ihrer getrennten Ausgängen verbunden ist, und daß die Transfornationsnetzwerke zahlreiche getrennte EingangjBweige (74, 75) aufweisen, die auf unterschiedliche, zeitlich genittelte Ausgangssignale des Rechners ansprechen.

   4. Koirelntionsrechner nit einer Transfornationsschaltung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner weiterhin eine Unkehrschaltung (8o) (Fig. 1) aufweist, die so eingesetzt ist, daß sie das eine der beiden Eingangssignale Sp(t) empfängt, und ein bestinntes Ausgangssignal der Verzögerungsvorrichtung (21,22), das eine zeitlich verzögerte Darstellung dieses Signalee ist, in seiner Polarität umkehrt, so daß die entsprechenden Ausgangsgrößen des Korrelationsrechners mit einer solchen Polarität zu versehen sind, die für die verschiedenen Eingänge der Transforciationsschaltung passend ist.

   5. Korrelationsrechner mit zwei Eingängen, (1oa, 1ob) nit einer Gruppe von Speihherkondensatoren C^f sowie nit einem ' Schalter, der eine Reihe von Kontakten (X1, X2 ....Xi) aufweist, die jeweils mit einen der Speicherkondensatoren C¹

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   verbunden sind, der weiterhin drei Sohaltarae (W₁. W_ft, W_fc) aufweist, die so schaltbar sind, daß sie der Reihe nach an den Kontakten (X₁, X₂ .... X^) angreifen, und von denen der eine Schaltarn (W₁) mit dem einen Rechnereingang (1On) und die anderen beiden Schaltaroe (W₀, W.) nit zwei Ausgangsanschlüssen ( r, s) verbunden sind, bei dem die drei Kontaktarne von einen Schrittschaltnechanisrnus (60, 61) während sich wiederholender Schalteyklen derart schrittweise wieterschaltbar sind, daß der eine Schaltnrn (VZ₁) während eines jeden Zyklus in den entsprechenden Kondensatoren C die Signalspnnnungen aufeinanderfolgender Abtastwerte speichert, die an den einen Eingang (ioa) anlie·· gen, und daß die anderen beiden Schaltarne (Wa,Wb) ua eine vorbestinnte , ganze Zahl von Schaltschritten nach den ersten Schaltam W₁ an den Kontakton (X₁, X₂ ... .X^) angreifen, so daß die gespeicharten Signalwerte aufeinanderfolgend an die beiden Ausgänge (r, s) gelegt sind, der eine weitere Gruppe von Speicherkondensatoren C' und einen weiteren Schalter (59) aufweist, der eine Reihe von Kontakten (Y₁, Yp · · ..Yj besitzt, die jeweils nit einen der Kondensatoren C" aus dor zweiten Kondensatorgruppe verbunden sind, der ebenfalls nit drei Schaltarnen (W₂, W , W,) ausgerüstet ist, die der Reihe nach an den Kontakten

   (Y₁, Y₂ Y.) angreifen können, vnn denen der

   Schaltern (W₂) nit den zweiten Signaleingang (lob) und die anderen beiden Kontaktarne ( W , W,) nit zwei weiteren Ausgängen (t, u) verbunden sind, bei den die drei Schaltarne ( W₂, W. W,) gennuso vie die drei Schaltarne (W₁, W , W.) von den Schrittschaltnechanisnus (60, 61) derart weiterschaltbar sind, daß der Schaltarn (W ) un

   eine vorgegebene ganze Zahl von Schaltschritten nach den Kontaktarn W₂ und der Sohaltarn (W,) un eine vorgegebene Zahl von Schaltschritten nach den Schaltarn W an den Kontakten (Y₁ . . . Y.)angreift, so daß an die beiden Ausgänge (t, u) nacheinanderfolgend Signalabtastwerte

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   desjenigen Signales angelegt sind, c*^re am zweiten Eingang (1Ob) anliegt, die von dem Schaltarm Wp in den Kondeneatoren C" der zweiten Kondensatorengruppe gespeichert worden sind, wobei der Kontaktabstand zwischen den Schalt armen (V/ , W_d) ein ganzzahliges Vielfaches des Kontaktabstandes zwischen den Kontaktarmen (V/ , W, ) ist.

   6) Rechner zur Berechnung der Korrelationsfunktion zweier Eingangssiganle S₁(t) und Sp(t) nit getrennten Vorrichtungen (11, 12; 21, 22, 23, 24), die zur Gewinnung eines Satzes von Signalabtastwerten aus jedem der beiden Eingangssignale dienen, wobei die Abtastwerte des einen Signales mit den einzelnen Abtastwerten des anderes Signales in einer bestimmten, zeitlich verschobenen Beziehung stehen, nit Multiplikationsvorrichtungen (30), die zahlreiche Ausgänge (31) aufweisen, und die den getrennten Signalabtastvorrichtungen derart funktionell zugeordnet sind, daß sie die einzelnen Signalabtastwerte der einen Wertegruppe einzeln mit den einzelnen Signalabtastwerten der anderen Wertegruppe multiplizieren und dadurch an ihren zahlreichen Ausgängen (31) Größen abgeben, von denen jede ein Maß für ein solches Produkt ist, nit einer Vorrichtung zur zyklischen Wiederholung dieser Abtast- und MuItiplikationsvorgänge, wodurch auch die Ausgangssignale der Multiplikationsschaltungen, die die Produkte darstellen, laufend aufeinanderfolgend erzeugt werden, und mit einer weiteren getrennten Vorrichtung (41), die den Ausgängen der Multiplikationsechaltungen zugeordnet ist und die zeitlichen Mittel über die die Produkte darstellenden AusgangsSignaIe bildet.

   7) Rechner nach Anspruch 6, bei dem die getrennten Vorrichtungen zur Gewinnung von Signaläbtastwerten zwei Gruppen von Abtastschaltung'jn aufweisen, wobei an jede der Gruppen eines des Eingangssignale angelegt ist, und in dem die Vorrichtung zur zyklischen Wiederholung der Abtast- und der MuItiplikationsvorgänge eine zyklisch arbeitende Zeitsteuerschaltung aufweist, die die Abtastschaltungen während eines jeden Rechenzyklus

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   zu aufeinanderfolgend verzögerton Zeitpunkten ansteuert, so daß aus den angelegten Eingangssignalen aufeinanderfolgend Signalabtastwerte ableitbar sind, und die außerdem die Multiplikationsschaltungen zyklisch ansteuert und die Multiplikation der Signalabtastwerte auslöst, die während eines jeden solchen Rechenuyklus gewonnen worden sind.

   8) Rech ier nach Anspruch 7, in dem die Abtastschaltungen Torschaltungen mit Signalwertspeichereleinenten aufweisen, die einen abgetasteten Signalwert zwischen zwei Abtastvorgängen festhalten, und bei dem die Ausgänge der Multiplikationsschaltungen unterschiedlichen Zweier-Kombinationen solcher gerade zurückgehaltener Signalabtastwerte zugeordnet sind, wobei in jeder der Zweier-Kombination Signalabtastwerte beider Eingangesignale vorhanden sind.

   9) Rechner nach Anspruch 8, in dem die Multiplikationsschalt ungen zahlreiche Eingangsschaltungen (45a, 45b) aufweisen, von denen jede auf eine der Torschaltungen (11, 12) der ersten Gruppe anspricht, und die laufend Impulse erzeugen, deren Spannungs-Zeit-Fläche proportional den Signalwert ist, der .,erade in den Torschaltungen gespeichert worden ist, der außerdem zahlreiche AusgangsschaItungen (48) aufweist, die auf unterschiedliche Kombinationen zwischen einer der Eingangsschaltungen (45a, 45b) und einer der Torschaltungen (22, 21, 23, 24) aus der zweiten Gruppe ansprechen, wobei jode der Ausgangsschaltungtn den Impuls aus der zugeordneten Eingangsschaltung, dessen Strom-Spannungefläche einem Signalwert des einen Signales proportional ist, proportional zu den Signalabtastwert moduliert, der in den Speicherelement der ihr zugeordneten Torschaltung der zweiten Gruppe gespeichert ist.

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   10) Rechner nach Anspruch 6, in dem zumindest eine der getrennten Signalabtastvorrichtungen zahlreiche Speicherelemente (C) sowie eine Speichervorrichtung (W₁) aufweist, die zyklisch mit den Speicherelementen zusammenarbeitet, so daß in diesen Speicherelementen aufeinanderfolgend abgeleitete Signalwerte gespeichert sind, und in dom eine Signalwertwählvorrichtung (W_a, W_fe) zyklisch und synchron mit dor Speichervorrichtung (W₁) zu betätigen i3t, um während eines jeden Zyklus den Multiplikationevorrichtungen (30) zahlreiche gespeicherte Signalwerte zuzuführen, die untereinander in der gleichen zeitlichen Be-

   k Ziehung stehen wie diejenigen Signalwerte, die in vorhergehenden Zyklen den Multiplikationavorrichtungon zugeführt worden sind.

   11) Korrelationerechner mit zwei Eingängen und zwei Gruppen von Signalabtastvorrichtungon, die mit diesen Eingängen verbunden sind, mit oinor Zeitgebervorrichtung, die mit den beiden Gruppen von Signalabtastvorrichtungen verbunden ist und die während sich wiederholender Rechenzyklen die Signalabtastvorrichtungen der ersten Gruppe an fortlaufend verzögerten Zeitpunkten und die Signalfebtnstvorrichtungen der zweiten Gruppe ebenfalls an fortlaufend verzögerton Zeitpunkten ansteuert, wobei zwischen den AnsteuerZeitpunkten für die erste und die zweite } Gruppe der Signalabtastvorrichtungen eine bestimmte zeitliche Beziehung herrscht, bei dem Jede Signalabtastvorrichtung ein Speicherelement aufweist, das mit seiner Spannung den nacheinander auftretenden Abtastwerten des Signales folgt und das zwischen zwei Abtastvorgängun den abgetasteten Wert dos Signales festhält, der ferner Vorrichtung η aufweist, die zahlreiche Ausgangskanäle darstellen, von denen jede mit zwei Eingängen versehen ist, die jeweils Speicherelementen der Signalabtastvorrichtung η in einer der beiden Gruppen zugeordnet sind,

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   wodurch diese Ausgangskanäle unterschiedliche Kombinationen zweier Signalnbtastwerte empfangen, von denen jeder einer anderen Gruppe der Signnlabtastvorrichtungen angehört, und mit einer Vorrichtung, die in den Ausgangskanälen angeordnet ist, und die fortlaufend empfangenen Abtastsignalwerte multipliziert.

   12) Rechner nach Anspruch 11, in dem jede der Signalabtastvorrichtungen als Speicherelement einen Ausgangskondensator (C, Pig. 2) aufweist, und mit einer Eingangstorschaltung (100) ausgerüstet ist, die durch Impulse, die ihr von der Zeitgeborvorrichtung (20) zugeführt werden, auf Durchlaß oder in den Sperrzustand geschaltet werden kann, und die so arbeitet, daß sie im "Durchlaß"-Zustnnd die Spannung an Ausgangskondensator gen. den Änderungen der Spannung des angelegten Eingangss ignales ändert, und daß sie in gesperrten Zustand den Momentanwert der Kondensatorspannung festhält, der in Augenblick des Zuschaltens angelegen hat.

   13) Rechner zur Berechnung von Frequenz-Energio-Spektren zweier Signale oder der Vektorprodukte aus solchen Frequenz-Energie-Spektren, der zwei Eingangsschaltungen mit zahlreichen Ausgängen aufweist, die an ihren Ausgängen in wesentlichen gleichzeitig und kontinuierlich Darstellungen von Korrelationskoeffizienten 0('X_n) (Fig. 5 und 6) erzeugen, die zu unterschiedlichen Verzö'gQrungszeiten t gehören, und die geneinsam die Korrelationsfunktion 0(T) der beiden Eingangssignale darstellen, der weiterhin getrennte Transformationsnetzwerke (72, 73, 77) aufweist, von denen jedes einen Ausgang, (78, 79)ι aber mehrere Eingangszweige (74, 75) aufweist, die auf bestimmte Weise mit unterschiedlichen Ausgängen der Eingangsschaltungen verbunden sind, und die so arbeiten, daß sie die Darstellungen der Korrelationskoeffizienten (0 « (X ), die an sie angelegt sind, mit relativen Gewichten versehen, und die weiterhin so verschaltet sind, daß sie die nit Gewichten versehenen Darstellungen der Korrelationskoeffizienten an ihr im einzelnen Ausgang aufsummieren, wodurch an den getrennten

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   Ausgängen nllor dieser Netzwerke· Signale entstehen, die gemeinsam eine Darotellung des Frequenz-Energie-Spektruraa (P (cj ), C (cj ) der beiden Eingangs signale sind.

   H) Rechner nach Anspruch 13, in den die Eingangszweige in jedem der Transformationsnetzwerke Widerstände aufweisen, die an einen gemeinsamen Sunmationspunkt angeschaltet sind, der den einzelnen Ausgang darstellt.

   15) Rechner nach Anspruch H, in den bestimmte der Transfornotionsnotzwerke Unkehr3ehaltungen (7 6) aufweisen, die in

   fc ganz bestimmte Zweige dieser Netzwerke eingesetzt sind, un die Polarität derjenigen Signale, die die Korrelations-koeffizionten dcrstellcn, derart zu ändern, cliß sich die richtige Polarität für die Summation ergibt.

   16) Verfahren zur Berechnung einer Korrelationsfunktion zweier elektrischer Signale, die on zwei SehnItungseingängen anliegen, nach dem zahlreiche, miteinander in einer zeitlichen Beziehung stehende Poljen von Signale rt en, die an dem einen Schaltungseingang anliegen, über kreuz mit zahlreichen, miteinander in -iner zeitlichen Beziehung stehenden Polgen von Signalwerten multipliziert werden, die an dem anderen der beiden Schaltungseingänge anliegen, wobei auch zwischen den Signalwertfolgen der beiden unterschiedlichen Signale eine genaue zeitliche Beziehung herrscht, um einen Satz von Ausgangsgrößen zu erzeugen, dio das kartesische Produkt der Über Kreuz multiplizierten Signalwerte darstellen, und nach den diese Ausgangsgrößen in einer elektrischen Schaltung in wesentlichen kontinuierlich zeitlich gemittelt werden, uu die entsprechenden Korrelationskoeffizienten darzustellen, durch die die Korrelationefunktion definiert ist. r

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   17) Verfahren nach Anspruch 16, nach den als Zwischenschritt die beiden Signale'an den beiden Schaltungseingängen in zeitlich genau beotinnten Abständen einzeln abgetoatet werden, mch dun die so gewonnenen Abtastgrößen einzeln gespeichert worden, un die Signalwerte dazustollen, und nach den für die Multiplikation diese gespeicherten Signalwerte verwendet werden.

   18) Verfahren zur Berechnung den Frequenzenergiespektrums zweier elektrischer Eingangssignale, die an zwei Schaltungseingängen anliegen, nach deu ««hlreiche, niteinander in einer zeitlichen Beziehung stehende Polgen von Signalwerten, die an den einen SehnItungseingang anliegen, über Kreuz mit zahlreichen, miteinander in einer zeitlichen Beziehung stehenden Folgen von Signalwerten multipliziert werden, die an den anderen der beiden Schaltungseingänge anliegen, wobei auch zwischen den beiden Signalwertfolgen der beiden unterschiedlichen Signale eine genaue zeitliche Beziehung herrscht, un einen Satz von Ausgangsgrößen au erzeugen, die das kartesische Produkt der über Kreuz multipliziert on Signalwerte darstellen, nach den diese Ausgangsgrößen fernerhin in einer elektrischen Schaltung in wesentlichen kontinuierlich zeitlich genittelt werden, un Ausgangsgrößen zu erzeugen, die Korrelationskoeffizienten darstellen, von denen jeder einer anderen zeitlichen Beziehung zwischen den Eingangssignalen entspricht, wodurch die Korrelationsfunktion der beiden EingangssignaIe definiert ist, nach den weiterhin diese Korrelationskoeffizientehsignale nit zahlreichen, relativ unterschiedlichen Sohaltungswerten multipliziert werden, von denen jeder einer unterschiedlichen Kombination aus den zeitlichen Beziehungen, die durch die Korrelationskoeffizientensignale dargestellt sind, und einer Frequenz entspricht, die eine Ordinate des Frequenz-Energie-Spektruns darstellt, und

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   nach den die derart multiplizierten Korrelationskoeffizientensignale, die zu einer jeden solchen Frequenzordinate gehören, in getrennten AuegangBnetζwerken aufsummiert worden, eo daß zahlreiche SunmenauegangseignaIe entstehen, von dene ι jedes ..inor anderen Ordinate des Frequenz-Shergiespektruns entspricht, und die alle gemeinsam das Frequenz-Energie-Spektrun definieren.

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