autocorrelador

Un autocorrelador es un instrumento electrónico que compara una señal con una versión de sí misma desplazada en el tiempo para revelar patrones periódicos enterrados bajo el ruido aleatorio. El dispositivo produce una función de correlación multiplicando la señal entrante por copias retardadas de sí misma, luego integrando el resultado a lo largo del tiempo. Donde el ruido es aleatorio, estos productos promedian a cero; donde la señal se repite, se refuerzan, produciendo un pico en la salida.

La implementación física varía según la aplicación y el ancho de banda de la señal. Un autocorrelador básico contiene una línea de retardo (un tramo de cable coaxial, un registro de desplazamiento de dispositivo de carga acoplada o un búfer de memoria digital), un circuito multiplicador y un integrador. Los autocorreladores de radiofrecuencia utilizan mezcladores de diodos y detección de video; las versiones de microondas emplean acopladores direccionales. Las implementaciones digitales realizan la correlación en software después del muestreo, lo que permite una precisión arbitraria y múltiples valores de retardo simultáneamente.

Encontrando señales ocultas en el ruido

Los autocorreladores sobresalen donde la detección convencional falla. Un débil retorno de radar dispersado por la lluvia, un esquema de modulación enterrado bajo el ruido térmico en un receptor, o una vibración periódica enmascarada por el desorden acústico, todos se vuelven visibles cuando la propia estructura de la señal se utiliza como un filtro adaptado. La salida alcanza su punto máximo en valores de retardo iguales al período de la señal, sus períodos armónicos o el intervalo de repetición de pulsos en radar y sonar. La altura del pico depende de la intensidad de la señal y del tiempo de integración; tiempos de integración más largos aumentan la sensibilidad a costa de una respuesta más lenta.

Las limitaciones prácticas provienen de la constante de tiempo finita del integrador y la longitud máxima de la línea de retardo. Una señal con un período más largo que el alcance de la línea de retardo disponible no producirá un pico. Las no linealidades en el multiplicador y el integrador degradan la función de correlación a niveles de señal pequeños. Los cambios de temperatura ambiental desplazan la longitud eléctrica de la línea de retardo, particularmente en diseños de RF, lo que requiere una calibración cuidadosa.

Los autocorreladores siguen siendo estándar en radioastronomía para detectar señales de púlsares, en receptores coherentes de fibra óptica para medir el ancho de línea láser y en equipos de prueba para caracterizar el ruido de fase en osciladores. El término deriva de la operación matemática: correlación de una señal consigo misma, a diferencia de la correlación cruzada entre dos señales diferentes.