Вероятностный спектрокоррелятор

 

Союз Советски н

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»232883 (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлеио15.07.75 (21) 2156482/24 с присоединением заявки №вЂ” (23) П риоритет— (53)M. Кл.

Cj 06 I-" 15/34

Государственный комитет па делам изобретений н открытий

Опубликовано 05.05.80. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 05.05.80 (53) УДК 681.323 (088.8) Е. Е. Владимиров, В. Г. Корчагин, Ю. E. Сацомов и Л. М. Хохлов (72) Авторы изобретения

Государственное союзное конструкторско-технологическое бюро по проектированию счетных машин и Опытный завод (7I ) Заявители (54) ВЕРОЯТНОСТН ЫЙ СПЕК ЧРОКОРРЕЛЯТОР

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для вычисления математического ожидания, дисперсии, авто- и взаимокорреляционных функ ций, спектральной плотности и условной энтропии любого из двух случайных процессов с зависимыми отчетами в реальном времени и может применяться во многих областях науки и техники (ядерная физика, гидрометеорология, геофизика, электроника, медицина и др.). где

1О исследуемые процессы носят случайный характер.

Известен вероятностный спектрокоррелятор, содержащий четыре блока ве-

15 роятностного округления, два из которых подключены к источникам исследуемых сигналов, вход третьего блока подключен к первому регистру, а выход — к блоку однотактного i умножения и к многоканальному цифровому интегратору, входы четвертого блока вероятностного округления. соединены со вторым и третьим регистрами соответственно, и выход — с вторым входом блока однотактного умножения и

= многоканальным цифровым интегратором, генератор гармонических функций и корреляционного окна, соединенный с первым регистром, второй регистр, блок сдвигаюших регистров, выход которого подключен к его входу, третий регистр, блок опнотактного умножения, подключенный к цифровому интегратору, генератор случайных чисел и микропрограммный блок управления (1) .

Недостатки спектрокоррелятора — ограниченные функциональные возможности.

Известен также вероятностный спектрокоррелятор, позволяющий проводить вычисление безусловной энтропии любого из двух случайных процессов, который содержит первый и второй блоки вероятностного округления, первые входы которых являются соответствующими входами устройства, вторые входы.подключены к первому и второму выходам счетчика шага квантования, третий и четвертый блоки .вероятностного округления, информаци7328

30 онные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, информационные входы которых соединены с выходом блока сдвигающих регистров, охваченного обратной связью и подключенного входом к выходу третьего регистра, выход которого соединен с управляющим входом четвертого блока вероятностного округления, выход которого подключен к первому входу блока од- 10 нотактного умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока вероятностного округления, блок постоянной памяти, первый вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, выход блока постоянной памяти соединен со входом сумматора, выход которого подклю"чен ко второму входу первого регистра 21

Недостаток спектрокоррелятора — трудность вычисления условной энтропии, что существенно сужает его фушсциональные возможности, Бель изобретения — расширение функциональных возможностей вероятностного спектр око ррел я тора.

Цель достигается тем, что он цополнительно содержит блок оперативной памяти дешифратор, регистры старшего и младшего разрядов адреса и блок распределения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков вероятностного округления и ко второму выходу блока синхронизации, а выходы соответственно к .третьим входам первого и второго блоков вероятностного округления, к входу третьего

40 регистра, к третьему входу первого регистра, ко входу счетчика шага квантования, ко входам регистров старшего и младшего разрядов адреса, выходы которых через дешифратор соединены с одним входом охваченного обратной связью блока

45 оперативной памяти, другие входы которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого блоков вероятностного округления, к выходу блока однотактного умножения, выходы бло$0 ка оперативной памяти подключены ко второму входу блока постоянной памяти и к четвертым входам первого и второго блоков вероятностного округления.

На чертеже представлен вероятност55 ный спектрокоррелятор.

Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 блоки

83 4 вероятностного округления с переменным числом разрядов, при этом первые входы блоков 1 и 2 вероятностного округления подключены к источникам исследуемых сигналов У(1) и X(t) . Информационные входы блоков 3 и 4 соединены соответственно с выходами первого

5 и второго 6 регистров. В устройстве используется третий регистр 7 и генератор случайных чисел 8. Информацион.ные входы .регистров 5 и 6 соединены с выходом блока 9 сдвигающих регистров охваченного обратной связью и подключенного входом к выходу третьего регистра 7, выход которого соединен с управляющим входом блока 4 вероятностного округления. Устройство содержит также блок 10 постоянной памяти. Выход блока 4 подключен к первому входу блока

1l однотактного умножения, Второй вход блока 11 соединен с выходом третьего блока 3 вероятностного округления. В устройство введены блок оперативной памяти 12, блок 13 распрецеления, счетчик 14 шага квантования, регистры старшего 15 и млацшего-разрядов 16 и де шифратор 17, Блок 10 постоянной памяти первый вход которого соединен с первым выходом блока 18 синхронизации, а выход — со входом сумматора 1 9, предназначен для использования в качестве генератора "корреляционного окна и гармонических функций, а также для хранения значений функций П = — Рр

Д2 „ и в качестве микропрограммного устройства управления. Выход генератора 8 случайных чисел подключен к входу блока 18 синхронизации, а второй вход первого 5 регистра соединен с выходом сумматора 19. При этом блок 13 распрецеления, входы которого подключены соответственно к выходам первого 1 и второго 2 блоков вероятностного округления и ко второму выходу блока 18 синхронизации, подключен к третьим входам 1 и 2 блоков вероятностного округления, к входу третьего регистра 7, к третьему входу первого регистра 5, ко входу счетчика 14 шага квантования, ко входам регистров старшего 15 и младшего 16 разрядов адреса, выходы которых через дешифратор 17 соединены с одним из входов блока 12 оперативной памяти, охваченного обратной связью, другие входы которого подключены соответственно к выходам блоков 3 и 4 вероятностного округления и к выхоцу блока 11 однотактного умножения а вызаписываются первые П чисел, затем rV— разрядные двоичные числа подаются на

0о- разрядный блок 2, гце стохастическим методом округляются íà rl -(rlz+1) разрядов, и через блок 13, третий регистР 7 постУпают на вход, бл жд 9 Таким образом записываются rrl первых чисел массива информеции за rrl рабочих тактов.

При вычислении математического ожи1 дания и корреляционной функции первое число с блока 9 заносится на первый регистр 5 и через блок 3 в.первом такте поступает в блок 12. Производится синхронный сдвиг на блоках 9 и 12 и второе значение числа заносится во второй

6 регистр. Первое число иэ регистра 5 через блок 3 и второе число через блок

4 округленные цо г двоичных разряцов, поступают на блок 11 умножения и результат заносится в блок 12 оперативной памяти, что повторяется т раз. цикл вычислений повторяется в зависимости от требуемой точности вычислений и массива чисел.

При возведении математического щкидания в квадрат значение математичес» кого ожидания, находящееся в последних разрядах блока 12 подается на блоки

1 и 2, затем через блок 13 регистры 5 и 6 и через блоки 3 и 4 на блок 11, после чего результат записывается в блок 12 оперативной памяти. Этот процесс повторяется многократно, причем количество повторений определяется требуемой точностью вычисления математического ожидания.

Для вычисления квадрата математического ожидания иэ значений корреляционной функции коды, пропорциональные квацрату математического ожидания, через блоки 1 и 13 поступают на регистр

5 и через блок 3 — на блок 12, где вероятностно вычитаются aa rrl значений точек корреляционной функции. 3атем снова значение т заносится на регистр 5 х и процесс повторяется. Вычисления производятся столько раз, сколько требует точность вычислений данных значений.

Дпя умножения корреляционной функции на корреляционное окно последнее,. например, окно Бартлета, Парзена, Тычки, формируется в блоке 10 постоянной памяти и сумматоре 19, а затем поступает в регистр 5. 3начение корреляционной функции подается через блоки 2, 13, и регистр 6 в блок 9, в регистр 7 и через блок 4 на блок 11 однотактного

35

5 732883 ходы блока 12 оперативной памяти подключены соответственно ко второму входу блока 10 постоянной памяти и к чет- вертым входам блоков 1 и 2 вероятностного округления. 5

Вычисление автокорреляционных функций производится по формуле ме р, (е)= — Ьк;х;,, t-o, g,...,m- 4, )=1 о

i = 1,t4) гце Ц -длина обрабатываемого ряда чисел,,щ-.количество вычисляемых точек корреляционной функции.

Вычисление спектральной плотности основано на применении Фурье-преобразования к вычисленной предварительно корреляционной функпии.

®. значений действительной части функ-20 ции спектральной плотности вычисляется по формуле

m-4

5 (р)= —; 0 ь я„()-con — ср, х mtOК к

Р=0,1, 2,...,rrl-

Д = ср = — д = 4 ври В о, Гв, ) о m

Функция Вр называется функцией "корреляционного окна, виц ее выбирается в зависимости от вида корреляционной зо функции.

Вычисление условий энтропии Н(х/у) на один счет случайной последовательности с зависимыми отчетами производится ао формуле по р.

H(X jY)-- X Р, О, 1=4 Уэл 2Ао

+ 2. р, og ;+an, i-4 где V Х вЂ” предшествующий и послецую- 4о щий отсчеты, Р ; — вероятности принятия сосело ними отчетами Y Х соответственно g -го и -го состояний;

Г1 — выбранное фиксированное число возможных состояний (градаций);

П вЂ” число возможных состояний (градаций);

Π— поправочный коэффициент, учитывающий отличие фактического числа градаций Ф1 - от фиксированного числа градаций ф, вычисляемый как

Р г

A о

Для вычисления статистических харак теристик в блок 9 сдвигающих регистров

732883

7 умйожения. На другой вход блока умножения поступают значения корреляционного окна . Результат умножения записывается в блоке 12 оперативной памяти. Так происходит rn раз со всеми . значениями корреляционной функции.

При вычислении спектральной плотности значения cog <у, .подаются через ! блоки 10 и 19 на регистр 5 и через блок 3 в блок ll. Значение корреляционной функ ци и через регис тр 7 пос туп ае т на другой вход блока 11. Результаты умножения записываются последовательно в блок 12. Многократность повторе-. ния при умножении на одну точку корреляционной функции значения косинуса определяется точностью вычислений. Затем. вырабатываются значения cos 2 сА; и процесс повторяется с умножением на вторую ординату корреляционной функции.

Так происходит m раз. Данный цикл вычислений производится за 2 тРрабочих тактов.

Для вычисления условной энтропии

Н(= -/g ) с помощью блока 18 синхро25 ниэации и блока 13 (распределительного) отключается от блоков 1 и 2 вероятностного округления генератор случайных чисел 8 и подключается счетчик 14 шага зо квантования. Счетчик шага квантования

14, подключений к блокам 1 и 2, определяет число градаций, содержащихся в паре отсчетов Хк АХ к+„, Хк+4Лх и т. д. С помощью блока 13 (распределительного) в соответствии с числом on35 ределенной градации устанавливается код адреса на регистрах 15 старшего и 16 младшего разрядов адреса. При этом регистр 1 5 старшег о разряда с оответству40 ет номеру зоны, определяемой по первому отсчету из совокупности двух отсчетов и являющейся функцией от числа градаций (, содержащихся в данном отсчете, а регистр 16 младшего разряда соответст45 вует номере ячейки блока 12 оперативной памяти внутри эоны, определяемой по второму отсчету и равной числу градаций j, содержащихся во втором отсчете. Затем код адреса дешифруется в

50 блоке 17 и поступает на вход блока 12.

Для подсчета количества отсчетов (K>, или К; ), попавших в соответствующую ячейку блока 12, используется счетчик, расположенный в блоке 12, который уве-

55 личивает содержимое этой ячейки на единицу. Величины К, и К служат аргументами функций q = -Р о Р, значения .которых хранятся в блоке 10 постоянной памяти, lienee вычисление условной энтропии сводится к суммированию в блоке 19 значений q, считанных из блока

lQ по адресам, определяемым содержимым ячеек К; и К ., блока 12, с соответствующим поправочным к оэффициентом с „,, значения которых также хранятся в блоке 10 постоянной памяти.

Формула изобретения

Вероятностный спектрокоррелятор, содержащий первый и второй блоки вероятностного округления, первые входы которых являются соответствующими входами устройства, вторые входы подключены к первому и второму выходам счетчика шага квантования, третий и четвертый блоки вероятностного округления, информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, информационные. входы которых соединены с выходом блока сдвигающих регистров, охваченного обратной связью и подключенного входом к выходу третьего регистра, выход которого соединен с управляющим входом четвертого блока вероятностного округления, выход которого подключен к первому входу блока однотактного умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока вероятностного округления, блок постоянной памяти, первый вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, выход блока постоянной памяти соединен со входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого регистра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, вероятностный спектрокоррелятор дополнительно содержит блок оперативной памяти, дешифратор, регистры старшего и младшего разрядов адреса и блок распределения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков вероятностного округления и ко второму выходу блока синхронизации, а выходы соответственно к третьим входам первого и второго блоков вероятностного округления, к входу третьего регистра, к третьему входу первого регистра, ко входу счетчика шага квантования, ко входам регистров старшего и младшего разрядов адреса, вы . ходы которых через дешифра1ор соедине,ны с одним входом охваченного обрат732883 ной связью блока оперативной памяти, другие входы которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого блоков вероятностного округления к выходу блока однотактного умножения выходы блока оперативной памяти подключены соответственно ко второму вхо» ду блока постоянной памяти и к четвертым входам первого и второго блоков вероятностного округления. о

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство СССР

% 432509, кл. G 06 Р 1 5/34, 19 74.

2. Авторское свидетельство СССР йо заявке М 2148125/24, кл. Cj 06 F 1155//3344, 23,06.1975.

Составитель В. Жовчнский

Редактор M. Ликович Техред М. Петко Корректор Е. Папи

Заказ 1 5 5 5/1 1 Тчраж 751 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам чзобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4