Стохастический функциональный преобразователь

 

526872

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз. Советслик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 23.06.75 (21) 2148120/24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (51) М. Кл. G 06Г 1, 02

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Опуоликoràío 30.08.76. Бюллетень ¹ 32 по делам изобретений (53) УДК 681.3(088.8) и открытий

Дата опубликования описания 10.12.76 (, 2) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. А. Песошин и В, М. Тарасов

Казанский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. А. Н. Туполева (54) СТОХАСТИЧЕСКИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при моделировании случайных процессов, а также в стохастических вычислительных машинах при вводе, преобразовании и выводе информации.

Известны стохастические функциональные преобразователи, преобразующие аналоговый сигнал в случайную последовательность импульсов, вероятность появления импульса в которой пропорциональна входному сигналу.

Один из известных стохастических функциональных преобразователей содержит интегратор, блок сравнения, элементы «И», сумматор.

Однако этот преобразователь не позволяет получать на выходе сигналы, вероятность которых зависит от входного сигнала.

Известен также стохастический функциональный преобразователь, содержащий те же элементы, но для получения на выходе преобразователя сигналов, вероятность которых зависит от входного сигнала, в его схему введена отрицательная обратная связь. Однако этот преобразователь не позволяет получать аналоговый выходной сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является стохастический функциональный преобразователь, содержащий генератор случайного напряжения, выход которого через элемент «И», другой вход которого подключен к входу тактовых импульсов преобразователя, соединен с первым входом блока сравнения, выходом связанного с первым выходом преобразователя, первый блок суммирования, входы которого подключены к первому и второму входам преобразователя, а выход — к входу первого интегратора, выход которого соединен с вторым выходом преобразователя.

10 Такой преобразователь имеет ограниченные функциональные возможности. С его помощью нельзя получать аналоговое напряжение, математическое ожидание которого пропорционально произвольной функции от входного

15 сигнала, и получать случайную последовательность импульсов, вероятность появления импульса в которой также пропорциональна некоторой функции от входного сигнала.

Цель изобретения — построение универсаль20 ного стохастического функционального преобразователя типа гсроятность-аналог, веро ITность-вероятность, аналог-аналог, аналог-вероятность с легко перестраиваемым законом функционирования, при этом математическое

25 ожидание выходного аналогового напряжения и вероятность появления импульса в выходной последовательности Бернулли пропорциональны заданным функциям от входного сигнала, который может oblTb как аналоговым, 30 случайной последовательностью импульсов с

526872 переменной вероятностью их появления, что позволяет расширить функциональные возможности преобразователя.

Это достигается тем, что предлагаемый преобразователь дополнительно содержит второй блок суммирования, первый вход которого соединен с третьим входом преобразователя, а порой вход — с выходом первого интегратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу второго блока суммирования, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу блока сравнения, группу элементов

«И», первые входы которых соединены с разрядными выходами регистра сдвига соответственно. Второй вход первого элемента «И» группы соединен с выходом блока сравнения, второй вход каждого последующего элемента

«И» группы соединен с ьыходом предыдущего элемента «И» группы, первую и вторую группы импульсных формирователей, входы которых соединены с выходом блока сравнения и с выходами элементов «И» группы элементов «И», а выходы — с входами первого и второго блоков суммирования соответственно.

bJIoK-схема функционального преобразователя приведена на чертеже.

1!реобразователь содержит генератор 1 случайного напряжения, элемент «И» 2, блок 3 сравнения, первый блок 4 суммирования, первый интегратор 5, второй блок 6 суммирования, второй интегратор 7, первую группу 8 импульсных формирователей Нь 8», ..., 8„, группу элементов «И» 9ь 9q, ..., 9 ь регистр 10 сдвига, вторую группу 1! импульсных формирователей 11ь 11,, l l, вход 12 тактовых импульсов, вход !3 сигнала х (t), вход 14 первого сигнала смещения Е ю, вход 15 второго сигнала смещения Е о, выходы 16, 17 преобразователя.

Выход генератора 1 случайного напряжения соединен с первым входом элемента 2 «И», на второй вход которого подаются тактовые импульсы. Выход элемента 2 «И» соединен с первым входом блока 3 сравнения, второй вход которого через интегратор 7 подключен к выходу второго блока 6 суммирования, выход блока 3 сравнения соединен с входом регистра 10 сдвига, с первым входом первого элемента 9 «И», с входами импульсных формирователей 8 и 11 и с первым выходом 16 преобразователя. Выходы регистра 10 связаны с вторыми входами блока 9 элементов «И», а первые входы i-x элементов 9 «И» соединены с выходами (i — 1)-х элементов 9; < «И».

Выходы группы 9 элементов «И» соединены с входами импульсных формирователей 8 и 11.

Выходы импульсных формирователей 8 подключены к входам второго блока 6 суммирования, на первый вход 15 которого подается второй сигнал смещения, а на второй вход— выход первого интегратора 5. Выходы импульсных формирователей 11 соединены с входами первого блока 4 суммирования, на первый вход 13 которого подается входной сигнал, а

5

4 на второй вход 14 — первый сигнал смещения.

Выход первого блока 4 суммирования через первый интегратор 5 соединен с вторым выходом 17 устроиства.

11реобразователь работает следующим образом, 11» выходе элемента 2 «И» в моменты врсМопп I Toé &1%n1)i Ibco13 образуiются 0Mn)i 1bсы случайной амплитуды, которые сравниваются в блоке 3 сравнения с пороговым напряжением интегратора 7. Ьлок сравнения 3 формирует импульс положительной полярности, если в момент сравнения амплитуда сигнала с выхода элемента 2 «И» меньше опорного напряжения с выхода интегратора 7. В противном случае на выходе lb блока 3 сравнения формируется сигнал нулевого уровня, при этом вероятность появления импульса (сигнала единицы) на выходе блока 3 сравнения раина в и-м такте P„(l). Регистр 1О и группа 9 элементов «И» выполняют функции блока умножения вероятностей. Действительно, на вы«оде первого элемента 9, «И» вероятность появления импульса равна вероятности совместного появления импульсов на выходе блока 3 сравения в и-м и (и — l)-м такте, т. е. Р„, 1 (!1), вероятность появления импульса на выходе второго элемента 9 «И» равна вероятности совместного появления импульсов на выходе блока 3 сравнения в и-м (и — 1)-м и (и — 2) -м тактах, т. е. Р, п „г (1 1) и т. д.

Вероятность появления импульса на выходе

i-го элемента 9, «И» равна Р, ь ... и —, (!! ...1), llри отсутствии корреляции в выходном случайном потоке и в установившемся режиме при постоянном входном сигнале (при этом

Р; (1) =Р (I) =const) имеем Р, (l11...1)=Ð+ (!). Здесь P (!) — безусловная вероятность появления импульса на выходе блока 3 сравнения в установившемся режиме при постоянном входном сигнале.

Импульсы с выходов группы 9 запускают соответствующие формирователи импульсов 8 и 11. аким образом, на входы блоков 4 и 6 суммирования с выходов соответствующих формирователей 8 и 11 поступают импульсы, вероятности появления которых равны соответственно P (1), P- (1), ..., Р " (1), где (т — 1) — количество элементов «И» в блоке умножения вероятностей.

Входной сигнал х (t) суммируется в блоке

4 суммирования с первым сигналом смещения

E„и с импульсными последовательностями, поступающими по цепи обратной связи с выходов формирователей импульсов 11. Суммарный сигнал с выхода блока 4 через интегратор 5 поступает на вход второго блока 6 суммирования, где он суммируется с вторым сигналом смещения Е о и с импульсными потокамн, поступающими с выходов формирователей 8. Сигнал с выхода блока 6 через интегратор 7 поступает на второй вход блока 3 сравнения, замыкая цепь обратной связи.

526872

Таким образом, вероятность появления импульса Р (I) пя гыходс прсобрятовятеля пропорциональна фуш.ццп Š†(х) от входного сигнала, а математи;еское ожидание аналогового напряжения на выходе интегратора 5И (U) пропорционал =Ho ФУнкции Ф (F (x) )

Ня выходе преобразователя можно также получить сложные законы преобразования, например, Л„(У) ==- — Din (1пх) и т. д.

Одни и те же функциональные узлы (регистр 10 сдвига, элементы «И» 9, формирователи импульсов 8 и 11) используются как при наборе функции преобразования вида вероятность-аналог, так и при построении функции преобразования вида вероятность-вероятность, что обеспечивает экономию оборудования.

Рассмотрим частные случаи, получающиеся при построении преобразователя.

Если отсутствует связь от группы элементов

9 на импульсные формирователи 8, то преобразователь реализует следующие законы преобразования:

P (1) F- (х), Л„(Ь ) = — F— - (х).

В случае отсутствия связи от группы элементов 9 с входами импульсных формирователей 11, но при наличии связи группы элементов 9 с входами импульсных формирователей

8 закон функциочирования преобразователя определяется выражением вида.

Р(1) = х, lN„(U) = — Ф (х).

Если к выходу 16 блока 3 сравнения подключить следящ:ш стохастический интегратор, который выполняет функции преобразователя типа вероятность появления импульса в случайной последовательности Бернулли в цифровой код, то можно получить и функциональьь и преобразователь типа вероятность-цифра и аналог-цифра.

Э

Формула изобретения

Стохастический функциональный преобразователь, содержащий генератор случайного напряжения, выход которого через элемент «И», другой вход которого подключен к входу тактовых импульсов преобразователя, соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым выходом преобразователя, первый блок суммирования, входы которого подключены к первому и второму входам преобразователя, а выход — к входу первого интегратора, выход которого соединен с вторым выходом преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя, он

20 дополнительно содержит второй блок суммирования, первый вход которого соединен с третьим входом преобразователя, а второй вход — с выходом первого пнтсгратора, второй интегратор, вход которого подключен к выходу второэ5 го блока суммирования, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, регистр сдвига, вход которого подключен к выходу блока сравнения, группу элементов «И», первые входы которых соединены с разрядными выходаЗО ми регистра сдвига соответственно, второй вход первого элемента «И» группы соединен с выходом блока сравнения, второй вход каждого последующего элемента «И» группы соединен с выходом предыдущего элемента «И»

З группы, первую и вторую группы импульсных формирователей, входы которых соединены с выходом блока сравнения н с выходами элементов «И» группы элементов «И», à выходы — с входамп первого и второго блоков сум40 мировапия соответственно.

Редактор T. Рыбалова

Составитель А. Карасов

Техред 3. Тараненко

Корректор О. Тюрина

Заказ 2314/3 Изд. № 1650 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, PI(-35, Раушская наб., д. 4l5

Типография, пр. Сапунова, 2