Вероятностный спектрокоррелятор

Вероятностный спектрокоррелятор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ iц654949

Союз Соввтскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.06.75 (21) 2148125, 24 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51) М. Кл. -

G 06F 15/34

Государственный комитет ло делам изобретений (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень Ле 12 (53) УДК 681.323:519. .2(088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30;03.79 (72) Авторы изобретения Е. Е. Владимиров, В. Г. Корчагин, Ю. Б. Садомов и Л. М. Хохлов (71) Заявитель Государственное союзное конструкторско-технологическое бюро по проектированию счетных машин (54) ВЕРОЯТНОСТНЪ|Й СПЕКТРОКОРРЕЛЯТОР

Изобретение относится к области вычислительной техники, предназначено для вычисления математического ожидания, дисперсии, авто- и взаимокоррелляционных функций, спектральной плотности и безусловной энтропии любого из двух случайных процессов с независимыми отсчетами в реальном масштабе времени и может найти применение во многих областях науки и техники (ядерная физика, гидрометеороло- 10 гия, геофизика, электроника, медицина и др.), где исследуемые процессы носят случайный характер.

Известны вероятностные спектрокорреляторы, содержащие регистры, блоки ве- .15 роятностного умножения, цифровые интеграторы и работающие в реальном масштабе времени (11.

Эти спектрокорреляторы имеют недостаточное быстродействие, не могут работать в 20 режиме грубо-точных измерений; имеют регулируемые и подбираемые элементы и большую структурную избыточность.

Известен вероятностный спектрокоррелятор, содержащий генератор случайных чи- 25 сел, четыре блока вероятностного округления, первые входы первого и второго блока вероятностного округления подключены соответственно к первому и второму входам устройства, первые входы третьего и ЗО четвертого блоков вероятностного округления соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, второй вход четвертого блока вероятностного округления соединен с выходом третьего регистра, подключенным к входу блока сдвигающих регистров, охваченного обратной связью, выходы блока сдвигающих регистров соединены с первыми входами первого и второго регистров, выходы третьего и четвертого блоков вероятностного округления соединены соответственно с первым и вторым входами блока однотактного умножения и с первым и вторым входами цифрового интегратора, третий вход которого подключен к выходам первого и второго блоков вероятностного округления, а четвертый— к выходу блока однотактного умножения, который соединен с вторыми входами первого и второго блоков вероятностного округления (2).

Недостатком этого спектрокоррелятора являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие проводить вычисление безусловной энтропии любого пз двух случайных процессов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей спектрокоррелятор а.

Эта цель достигается тем, что он содер654949 где У вЂ” длина обрабатываемого ряда чисел, i= l, У; т — количество вычисляемых ординат корреляционной функции.

Вычисление спектральной плотности основано на применении Фурье — преобразования к вычисленной предварительно корреляционной функции. т значений действительной части функции спектральной плотности вычисляется по формуле

m — 1

5„(p).= E,Â,R„.(i) соя —" )р; (2) m )и

l-O р )0,1,2..., т — 1

, =:-3 — —,,, = 1 при l=,- О, m (3) жит дополнительно первый и второй вентили, счетчик шага квантования, сумматор, блок постоянной памяти и блок синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, первый выход — к управляющим входам первого, второго и третьего блоков вероятностного округления, счетчика шага квантования, первого и второго вентилей, второй выход— к первому входу блока постоянной памяти, второй вход которого соединен с выходом цифрового интегратора, а выход — с входом сумматора, выход которого подключен к второму входу первого регистра, третий вход которого подключен к выходу первого вентиля, второй вход которого соединен с выходом первого блока вероятностного округления, второй вход второго вентиля подключен к выходу второго блока вероятностного округления, а выход второго вентиля — к входу третьего регистра.

На чертеже показана структурная схема вероятностного спектрокоррелятора.

Спектрокоррелятор содержит блоки 1 — 4 вероятностного округления с переменным числом разрядов, регистры 5 — 7, генератор

8 случайных чисел, блок 9 сдвигающих регистров, блок 10 постоянной памяти, блок

11 однотактного умножения, цифровой интегратор 12, вентили 13 и 14, счетчик 15 шага квантования и блок lб синхронизации режимов.

Блок 10 постоянной памяти используется в качестве генератора «корреляционного окна» и гармонических функций, а также для хранения значений функций q = — plogqp и в качестве микропрограммного устройства управления.

Вычисление автокорреляционных функций производится по формуле

Функция В(называется функцией «корреляционного окна», вид ее выбирается в зависимости от вида корреляционной функции.

Вычисление безусловной энтропии Н(Х) на один отсчет случайной последовательности независимых отсчетов произьодитс» ио формуле

Н(Х) ==- — >,Р,"log(,Ðj+ а„, (4)

j= i где Р; — вероятность /-ro состояния квантованного по уровню случайного отп.

15 счета Х;, вычисляемая как Р,— где п; — число I-ых состояний в выборке объема У; п() — выбранное фиксированное число возможных состояний (градаций);

n — число возможных состояний (градаций); а„— поправочный коэффициент, учитывающий отличие фактического числа градаций и от фиксирован25 ного числа градаций и(), вычисляемых как

20 а,==log, —" ио

60 Для вычисления статистических характеристик в блок 9 сдвигающих регистров записываются первые m чисел, затем п-разрядные двоичные числа подаются на пВ— разрядный блок 2, где стохастическим ме35 тодом округляются на п — (по+1) разрядов, и через вентиль 14 и регистр б поступают на вход блока 9. Таким образом записываются m первых чисел массива информации за т рабочих тактов.

40 При вычислении математического ожидания и корреляционной функции первое число с блока 9 заносится на регистр 5 и через блок 3 в первом такте поступает в ин4 тегратор 12. Производится синхронный

45 сдвиг на блоке 9 и интеграторе и второе значение числа заносится в регистр 7. Первое число из регистра 5 через блок 3 и второе число через блок 4, округленные до r двоичных разрядов, поступают на блок 11

50 умножения и результат заносится в интегратор 12, что повторяется т раз. Цикл вычислений повторяется в зависимости от требуемой точности вычислений и массива чисел.

55 При возведении математического ожидания в квадрат значение математического ожидания, находящееся в последних разрядах интегратора 12, подается на блоки 1 и

2, затем через вентили 13 и 14, регистры 5

G0 и б и через блоки 3 и 4 на блок 11, после чего результат записывается в интегратор.

Этот процесс повторяется многократно, причем количество повторений определяется требуемой точностью вычисления мате65 матпческого ожидания.

854949

10

Для вь|числения квадрата математйческого ожидания из значений корреляционной функции коды, пропорциональные квадрату математического ожидания, через блок 1 и вентиль 13 поступают на регистр

5 и через блок 3 — на интегратор 12, где вероятностно вычитаются из т значений точек корреляционной функции. Затем снова значение m„ заносится на регистр 5 и процесс повторяется. Вычисления производятся столько раз, сколько требует точность вычислений данных значений.

Для умножения корреляционной функции на «корреляционное окно» последнее, например окно Бартлета, Парзена, Тычки, формируется в блоке 10 постоянной памяти (запоминающем устройстве), сумматоре 17 и поступает в регистр 5. Значение корреляционной функции подается через блок 2, вентиль 14 и регистр 6 в блок 9, в регистр

7 и через блок 4 — на блок 11 умножения.

На другой вход блока умножения поступают значения «корреляционного окна», Результат умножения записывается в интегратор 12. Так происходит т раз со всеми значениями корреляционной функции.

При вычислении спектральной плотности значения Cosa; подаются через блок 10 и сумматор 17 на регистр 5 и через блок 3— в блок 11. Значение корреляционной функции через регистр 7 поступает на другой вход блока 11. Результаты умножения записываются последовательно в интегратор

12. Многократность повторения при умножении на одну точку корреляционной функции значения косинуса определяется точностью вычислений. Затем вырабатываются значения Cos2x; и процесс повторяется с умножением па вторую ординату корреляционной функции. Так происходит m раз.

Данный цикл вычислений производится за

2т р а бочих тактов.

Следует отметить, что для вышеприведенных вычислений блок 16 синхронизации режимов подключает генератор 8 случайных чисел к блокам 1 — 4 и разрешает работу вентилей 13 и 14.

Для вычисления безусловной энтропии

Н(Х) или H(Y) блок 16 синхронизации режимов отключает от блоков 1 и 2 генератор 8 случайных чисел, подключает к этим блокам счетчик 15 шага квантования и запрещает срабатывание вентилей 13 и

14. При вычислении энтропии вероятности оцениваются как частоты попадания значений отсчетов в соответствующие амплитудные интервалы в выборочном массиве.

С помощью блоков 1 и 2 и счетчика 15 шага квантования определяем номера амплитудного интервала, значения которых заносятся в интегратор 12, где подсчитывается число отсчетов, «попавших в интервал»,и, следовательно, при выборе объема выборки

N = 2", k = 1, 2, ..., т. е. сведения опера15

i0

6 ции деления к переносу запятой йри определении вероятностей р;.

Далее по найденным значениям вероят. ностей, которые служат адресом для блока

10 постоянной памяти, получаются значения q= — р;1од р;. Затем в сумматоре 17 производится суммирование значений т1, выбранных из блока 10 по адресам, определяемым содержимым ячеек и; интегратора 12, с соответствующим поправочным коэффициентом а, значения которых хранятся в блоке 10 постоянной памяти.

Формула изобретения

Вероятностный спектрокоррелятор, содержащий генератор случайнык чисел, четыре блока вероятностного округления, первые входы первого и второго блока вероятностного округления подключены соответственно к первому и второму входам спектрокоррелятора, первые входы третьего и четвертого блоков вероятностного округления соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, второй вход четвертого блока вероятностного округления соединен с выходом третьего регистра, подключенным к входу блока сдвигающих регистров, охваченного обратной связью, выходы блока сдвигающих регистров соединены с первыми входами первого и второго регистров, выходы третьего и четвертого блоков вероятностного округления соединены соответственно с первым и вторым входами блока однотактного умножения и с первым и вторым входами цифрового интегратора, третий вкод которого подключен к выходам первого и второго блоков вероятностного округления, а четвертый — к выходу блока однотактного умножения, который соединен с вторыми входами первого и второго блоков вероятностного округления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит первый и второй вентили, счетчик шага квантования, сумматор, блок постоянной памяти и блок синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайнык чисел, первый выход — к управляющим входам первого, второго и третьего блоков вероятностного округления, счетчика шага квантования, первого и второго вентилей, второй выход — к первому входу блока постоянной памяти, второй вход которого соединен с выходом цифрового интегратора, а выход — с входом сумматора, выход которого подключен к второму входу первого регистра, третий вход которого подключен к выкоду первого вентиля, второй вход которого соединен с выходом первого блока вероятностного округления, второй вход второго вентиля подключен к выходу второго блока вероятностного округления, а выход второго вентиля — к вкоду третьего регистра.

654949

Составитель В. Жовинский

Техред А. Камышникова

Корректоры; О. Тюрина и Л. Брахнина

Редактор Н. Суханова

Заказ 850/17 Изд. Мв 259 Тираж 779 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4(5

Типография, пр. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов.

М., «Энергия», 1974, с. 261 — 265.

2. Авторское свидетельство СССР

М 432509, кл. G 06F 15/34, 1974.