942033 - Вероятностный спектрокоррелометр

Вероятностный спектрокоррелометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬ6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик

< 1942033 (5 t ) M. Кл.

G 06 F 15/31 (6L ) Дополнительное к авт. сеид-вувЂ” (22) Заявлено 17. 07. 79 (21) 2798910/18-24 с присоединением заявки МвЂ” (23) ПриоритетвЂ”

5Ъаударстаашый квинтет

СССР аа делан нзабретеннй и открытнй

Опубликовано 07. 07. 82. Бюллетень М 25

Дата опубликования описания 07.07.82 (53) УЙК681.323 (088.8) (72 ) Авторы изобретения

В. Г. Корчагин, Л.Я. Кравцов, Ю. Б. Садомов и::IL.È .Õîõãþâ зl fj(;(1 - : У ПМ Е„:s,.

Ш);»"

Государственное союзное конструкторско- ехнологическоб- бюро по проектированию счетных машин ь"."4.. (71) Заявитель (54) ВЕРОЯТНОСТНЪ|Й СПЕКТРОКОРРЕЛОМЕТР

1 2

Изобретение относится к вычислитель- мощности (5-10 ) требуется кратность ной технике и предназначено для стати- кодирования, в сотни оаз превышающая ческой обработки информации в реаль- кратность кодирования при вычислении ном ьремени, используемой для решения корреляционной функции, Оба обстоятебольшого класса научно-технических льства приводгт к относительно большим задач.

5 временным затратам, Известно устройство для вычисления

Наиболее близким по технической статистических характеристик случай, сущности к предлагаемому является ных процессов Г11. вероятностный спектрокорре.пометр, Основным недостатком этого процес- 1о содержащий блок центрирования, первый са является последовательный процесс вход которого является входом спектрбвычисления статистических характерис- коррелометра, а выход подключен к тик: вначале значений корреляционной первому входу первого блока вентилей, функции, а затем - значений спектраль- выход которого соединен с первым ной плотности мощности. При вычислении1 входом блока вероятностного округлеспектральной плотности мощности на ос- ния, выход которого соединен со вхоновании Фурье-преобразования корреля.- дом динамического регистра, охваченционной функции необходимо многократ- ного обратной связью, выход которого но вероятностно кодировать как значе- подключен к первому входу регистра

20 ние корреляционной функции, так и числа, первый выход которого .соединен значение косинуса. При этом для до" с первым входом первого блока сравнестижения удовлетворительной точности ния, выход которого подключен к первычисления спектральной плотности вому входу блока вероятностного умно3 911 жения, второй вход которого подключен к выходу второго блока сравнения, а выход соединен с информационным входом блока памяти, первый выход которого подключен.ко второму входу блока центрирования, второй через блок определения коэффициента масштаба соединен со вторым входом первого блока вентилей, второй вход блока вероятностного округления, второй вход первого и первый вход второго блоков сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами генератора случайных чисел, второй вход второго блока сравнения подключен к выходу блока вероятностного округления, управляющие входы первого блока вентилей, динамического регистра, блока памяти и регистра числа соединены соответственно с первыми четырьмя выходами блока управления, генератор гармонических функций и второй блок вентилей, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора гарионических функций и ко второму выходу регистра (2).

Основным недостатком известного вероятностного спектрокоррелометра является недостаточная точность вычисления корреляционной функц4и и плотности мощности при небольших выборках, 2033 4

ЗО

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия при небольших выборках для высококачественных процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических функций, блок центрирования, первый вход которого является первым входом спектрокоррелометра, а первый выход соединен с первым входом блока вероятностного умножения, блок динамических регистров, охваченный по первому входу обратной связью, выход которого подключен к первому входу регистра числа, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к первому выходу генератора псевдослучайных чисел, второй выход которого соединен со вторым входом блока центрирования, выход блока сравнения подключен ко второму входу блока вероятностного умножения, блок памяти, первый выход которого соединен с третьим входом блока центрирования, со вторым входом регистра числа и со входом блока масштабирования, выход которого подключен ко второму входу блока динамических регистров, первые пять вы" ходов блока синхронизации подключены соответственно к третьему входу блока динамических регистров, к четвертому входу блока центрирования, к третьему входу блока вероятностного умножения, к первому входу блока памяти, к третьему входу регистра числа, введены три триггера и блок формирования приращений суммарного результата, первые входы первого и второго триггеров объединены и являются вторым входом спектрокоррелометра, второй вход первого триггера подключен к первому выходу генератора гармонических функций, второй выход которого соединен с пятым входом блока центрирования, шестой вход которого объединен с четвертым входом блока вероятностного умножения и подключен к выходу регистра .числа, четвертый вход которого объединен с четвертым входом блока динамических регистров и с четвертым входом блока вероятностного умножения и соединен со вторым выходом блока центрирования, первый выход которого подключен к третьему входу первого триггера и ко второму входу второго триггера, третий вход второго триггера подключен ко второму выходу блока динамических регистров, выход второго триггера соединен с первым входом блока формирования приращений суммарного результата, второй, третий, четвертый, пятый и шестой

40 входы которого подключены соответственно к выходам первого триггера блока вероятностного умножения, к шестому выходу блока синхронизации, к первому выходу блока памяти и к выходу третьего триггера, . первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому выходу блока формирования приращений суммарного результата и ко второму выходу блока памяти, выход третьего триггера подключен ко второму входу блока памяти, третий вход которого подключен ко второму выходу блока формирования приращений суммарного результата, выход первого триггера соединен с пятым входом блока динамических регистров, вход генератора псевдослучайных чисел подключен к седьмому выходу блока синхронизации.

5 9420

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого вероятностного спектрокоррелометра.

Вероятностный спектрокоррелометр содержит блок 1 центрирования, генера- 5 тор 2 псевдослучайных чисел, триггер 3 знака первого сомножителя, триггер 4 знака второго сомножителя, генератор 5 гармонических функций, блок 6 масштабирования, блок 7 дина- 0 мических регистров, блок 8 вероятностного умножения, блок 9 синхронизации, регистр 10 числа, блок 11 формирования приращений суммарного результата, блок 12 памяти, блок 13- i5 сравнения, триггер 14 знака результата.

Спектрокоррелометр в режиме вычисления спектральной плотности мощности P< (j ) реализует следующий метоф вычислений.

Используемый в спектрокоррелометре метод представления числа многосимвольным, вероятностным кодом предпола- гает мгновенные значения вероятности произведения чисел, зависящие от исла некодируемых разрядов и от результата кодирования прочих разря55

Исследуемая временная последова/ тельность x(i, at), состоящая из М членов (i = 1,N), разделяется на К

25 участков,, состоящих иэ ц членов каждый (й = Kq).Çàòåì для каждого участ-, :ка вычисляется точечная оценка перио" дограммы и производится усреднение найденных периодограмм по всем имеющимся участкам, т.е. вычисление p< (j) 3О производится согласно формуле л . 5-4О X1 1 . где B®t,(. ) 3 X., сО <

q-O

Х.

X ° и -Д +y вЂ” !точечная o . X13

: „;.о.,1+@ ф о о. оценка периодограммы (для 1 - того участка); х -- центрированная ордината

1+С% временной последовательности.

При вычислении корреляционной функции используется следующая формула

1 о о к х(Р) = â€” N Ь x x + P = 0ьq где р - номер текущей ординаты корреляционной функции.

Рассмотрим работу спектрокоррелометра при вычислении спектральной плотности мощности.

Перед началом работы вероятностного спектрокоррелометра по команде

"Начальная установка" все блоки устройства устанавливаются в исходное состояние, блок 12 памяти и блок 7 динамических регистров обнуляются, после чего устройство готово к работе.

Ординаты исследуемого случайного процесса, представленные дискретным кодом по входу 1 и знаком ординаты по входу 2, записываются в блок 1 центрирования и в триггеры знаков сомножителей 3 и 4.

В блоке 1 центрирования производится центрирование ординаты х„, М т.е. выполнение действия х„- = x„ -m< где m - оценка математического ожи3 дания, находится в регистре блока 1 центрирования. В случае, если вычитаемая величина m больше по абсох лютной величине, чем х„., то знак ординаты; хранящийся на триггерах

3 и 4, меняется по сигналу из блока 1 ° После центрирования ордината х„ и ее знак записываются из блока

1 центрирования и триггера знака 3 в блок 7 динамических регистров llo сигналу с блока 9 управления. Содержимое блока 7 динамических регистров сдвигается на один разряд вправо, освобождая входные разряды для за писи следующей ординаты.

После заполнения блока 7 динамических регистров начнется процесс вычисления точечной оценки периодограммы 1-го участка. При этом производятся следующие действия, первое число из блока 7 динамических регистров заносится на вход регистра 10 числа по сигналу из блока 9 управления, иэ регистра 10 числа информация подается на вход блока 13 сравнения, где сравнивается с числом, поступающим с генератора псевдослучайных чисел. Одновременно число с генератора 5 гармонических функций подается на вход блока 1 центрирования, где сравнивается с числом, поступающим из генератора 2 псевдослучайных чисел.

- а42033 дов. Для простоты рассмотрим перемножение двух чисел, представленных трехсимвольным кодом (табл. 1) °

Представленные компоненты (старший разряд 1 множителя, результат вероятностного кодирования всех разрядов, кроме старшего первого множителя

Р(1), старший разряд второго множителя, результат вероятностного кодирования всех разрядов, кроме старшего, второго множителя P(ll) снимаются с блока 1 центрирования, регистра 10 числа и блока 13 сравнения таким образом, что старший разряд первого множителя снимается со второ- 15 го выхода блока центрирования, результат вероятностного кодирования

Р(1) - с первого выхода блока 1 центрирования, старший разряд второго множителя снимается с выхода регистра 10 числа, результат вероятностного кодирования P(ll) - с выхода блока

13 сравнения.

В зависимости от сочетания значений с выходов выше перечисленных блоков в блоке 8 вероятностного умножения вырабатываются сигналы.

Результат вероятностного умножения иэ блока 8 вероятностного умножения поступает в блок 11 формирова- 50 ния приращений суммы, где вырабатывается сигнал приращения для суммирования с промежуточным итогом из блока 12 памяти.

Знак суммирования определяется комбинацией триггеров 3 и 4 знаков первого и второго сомножителей (519п х и 51яп соз Л

+ еу 9 (Sign sin вЂ” ) и знаком триггера

Xl J

6 0

14 промежуточного значения итоговых су мм

Аналитически знаки суммирования, т.е.. выполнение операций либо сложения, либо вычитания определяются из следующих соотношений:

"Сложить" при условии

К13 ф 1 1 + 9 51 ГИ со = 11уР х

"Вычест ь" при условии 4 (. \

PSS11V COOS SвЂ” 11M N =

„бР.б. С 1 Ч

1-1 Х;. г-, ту 1Р ;Р, X. СО - (1 1б-а Р вЂ” ) с1 где + - обозначение операции суммирования по модулю 2 (исключающее ИЛИ); i gny вЂ” инверсия переменной ..

Арифметические операции сложения и вычитания величин приращений, соответствующих мгновенным значениям вероятностей результата умножения (0,25-1, 0,5-2, 1, 0-4), проводятся в так называемой "счетной арифметике". Это означает, что если величина вычитаемого приращения меньше по абсолютному значению содержимого промежуточного значения итоговых сумм, то в блоке 11 формирования приращений суммарного результата организуется инверсия триггера 14 знака результата и действие вычитания приращения заменяется сложением или вычитанием числа, обеспечивающим получение результата в счетной арифметике.

Вышеупомянутые действия поясняются (с примером для трехсимвольного кора) в табл. 2.

Процесс вероятностного умножения и связанного с ним накопления итоговых результатов может повторяться в зависимости от числа испытаний, ус тановленных в блоке 9 управления.

Число испытаний Ж определяется величиной выборки номера ординат случайного процесса и требуемой точноск тью вычислений по соотношению с=„ вЂ”вЂ” где К - коэффициент 2, определяющий страховку результатà QT возможных случайных отклонений.

По окончании умножения этих величин на блок 1 центрирования и на триггер 3 знака с генератора 5 гармонических функций подается соответствующее значение синуса ь1И(% 1 ) и повторяет процесс вероятностного умножения . ° . 1 . Результат

1 ; М 1 умножения с выхода блока 8 вероятностного умножения поступает в блок

11 формирования приращений для накопления и затем поступает в блок

12 памяти для запоминания. Затем производится сдвиг блока 7 динамических регистров, на регистр 10 числа постуJ

Результат

Р(Н) 1

П риращение

Итоговая вероятност ь

Результат

Ст.раэр.

71 мн

Ст.разр

I мн

0,25

0,5

9 94203 пает следующее число и вышеописанные процессы вероятностного умножения на соответствующие синусы и косинусы повторяются.

После q сдвигов блока 7 динамических регистров на блок 1 центрирования из блока 12 памяти лоступает на4- копленная сумма .со Ы, котоj

8 вероятностного умножения поступают в блок 11 приращений и далее записываются в блок 12 памяти. На этом щ процесс вычисления j-й точки периодограммы заканчивается и описанный процесс полностью повторяется для (j + 1)-й точки периодограммы, Так происходит q раз. 25

3 10

Затем блок 7 динамических регистров заполняется новыми о значениями случайного процесса. Описанная последовательность повторяется. Так происходит К раз.

После окончания вычислений с блока

10 памяти выдаются результаты во внешнее устройство.

Кожно показать, что точность вычислений при многосимвольном кодировании при одинаковых заданных величинах ф и и повышается во столько раз по сравнению с односимвольным кодированием, сколько некодируемых символов числа используется в данном способе вычислений.

Логика работы блока приращений описывается в табл. 3.

Наличие связи с седьмого выхода блока 9 управления на вход генератора 2 псевдослучайных чисел обеспечивает повторяемость результатов при отладке прибора на эталонных процессах. 8 противном случае налад- ка прибора затрудняется.

I Т абл и ца1

942033

Ст. разр.

1 мн

Результат

Р(1) Результат

I (II) Ст.разр

I I мн

Приращение

Итоговая вероятность

0 5

0,5

1 5

1,0

Дей ствие с итогом

Искомый результат ти

Ин в. анака резулът.

Х 0 х

Величина приращения! 0 Х Х

2 0 0

3 0 0

4 1 0 0 ! 0 0

Исходное значение промежуточного итога в памяХ Х - Х

0 х х

1 0 Х

l 0

1 1 0

0 0 0

К 0 0 0 I

0 0 0

0 0

Продолжение табл. 1

Таблица 2

Действие со знаком результата

Инв ° Зн.Рез.

Инв.Зн.Рез

Инв.зн.Рез

Таблица 3

0 0 0

0 0 1

0 0 0

942033

; ПРОдОлиюнна уаЩ3

Ина. знака результ.

6 1 6

8 1 О

9 1 О х о о о о в х х о в о о о о о о о о о о о

6 1 0 О 1

О 1 О ) О о о о о 6 В

o o о В

o o. o о в

10 х о о х х

11 1 О

О О Х. Х 0

О 0 В о о

0 О О

О 1 О В 1 О 0 О

13 1 о ) в о о

Х В Е 6 о о о

Х К Х 1 Е В О

О 0 0

О Х X X t В 6

1 b Х: Х О 0 0 1

0 O В

0 О о в о

1 )

1 !

6 . о

В 0

0 В

t ) x о о о 0

О О

o x х х о о и х в о е о о 0. о

О О

О В

0 В

24 2 О О . ) !

6 В 6

О 1 !

О В 6! 1 о о х

О 1, O

Е ) 0 О о

6 0 В

1 0 l о о

О 6 В

Х О t 0

1 Х

0 о о о

О О 1. о в !

О О о

0 l о в о о о

o t в о

1 Х!

16 1 1

ty 1 ) !

19 1 t

20 1 1

21 t I

22 2 О

23 2 О

t5 2 О гб г ю

27 2 О

28 2 0

29 2 0

30 г. о

31 2 о

32 2 1

33 2

34 2

35 2

36 2 1

О В 1 В, О

0 0- В. 1 о

Х 0 0 В О

1 О О В Е

Х О О О 0

1 о 0 4 о

Х 0 В 6 В

942033!

Продолмение табл3.

Ин в. знака результ.

1 1

37 2

О Х

1 О

1 1

Х Х

О 1

О О

О 1

О О

О О О

О О 1

О О О

0 О О

О О 1

1 О О

38 2

Х Х

О О

О 1

О О

1 1 О 1

1 1 I Х

О О

Х Х

О О

l О

1 1

Х К

О . Х

1 О

1 1

О О

I О

О 1

О О О О 0

О О 1 О О

О 1

О О

0 О

О О О

О 0 1

О О О

О 1

О 3 О О

49 4

0 . О 1 О .О

О 1

О !

О О О

О 1

1 О

51 4

52 4

О 1

1 Х

О О! О 0

О О

54 4

55 4

56 4

57 4

58 4

О 0

О I

О О

l О О

1 О О

О О

60 4

6I 4

62 4

63 4

64 4

65 4

О О

1 О

О !

О О

О 1

О О

0 О

I О О

О О .О О 1

О 1 о

39 2

40 2

41 2

42 4

43 4

44 4

45 4

46 4

47 4

48 4 О

50 4 . 0

53 4 О

59 4 1

1 О I

1 1

Х К

Х Х

О О

О E

1 О

1 1

Х Х

К Х

Х Х

О О

О 1

1 О

1 1

О О О О О

О О О О 1

О О О О О

О О

О О О

О О О О 1

О О . О 0 0

О О О

О О 1

О 1

1 О

О 1

О 0

1 О

О 1

Формула изобретения

942

Вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических

Функций, блок центрирования, первый вход которого является первым входом спектрокоррелометра, а первый выход соединен с первым входом блока вероятностного умножения, блок динамических регистров, охваченный по первому входу обратной связью, выход которого подключен к первому входу ре-гистра числа, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подкпючен к первому выходу генератора псевдослучайных чисел, второй выход которого соединен . с вторым входом блока центрирования, выход блока сравнения подключен к второму входу блока вероятностного умножения, блок памяти, первый выход которого соединен с третьим входом блока центрирования, с вторым входом регистра числа и с входом блока масштабирования, выход которого подключен к второму входу блока динамических регистров, первые пять выходов,блока синхронизации подключены соответственно к третьему входу блока динамических регистров, к четвертому входу блока центрирования, к третьему входу блока вероятностного умножения, к первому входу блока памяти, к третьему входу регистра числа отличающийся тем, t что, с целью повышения точности и быстродействия, в спектрокоррелометр введены три триггера и блок формирования приращений суммарного результата, первые входы первого и второго триггеров объединены и являются вторым входом спектрокоррелометра, второй вход первого триггера подключен к первому выходу генератора гармонических функций, второй выход которого соединен с пятым входом блока

033 18 центрирования, шестой вход которого объединен с четвертым входом блока . вероятностного умножения и подключен к выходу регистра числа, четвертый вход которого объединен с четвертым входом блока динамических регистров и с четвертым входом блока вероятностного умножения и соединен с вторым выходом блока центрирования, io первый выход которого подключен к третьему входу первого триггера и к второму входу второго триггера, третий вход второго триггера подключен к второму выходу блока динамических регистРов, выход второго триггера соединен с первым входом блока формирования приращений суммарного результата, второй, третий, четвертый., пятый и шестой входы которо о го подключены соответственно к вы- . ходам первого триггера, блока вероятностного умножения, к шестому выходу блока синхронизации, к первому выходу блока памяти и к выходу третьgg его триггера, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому выходу блока формирования приращений суммарного результата и к второму выходу блока памяти, выход зо третьего триггера подключен к второму. входу блока памяти, третий вход которого подключен к второму выходу блока формирования приращений суммарного результата, выход первого триггера соединен с пятым входом блока дина35 мических регистров, вход генератора псевдослучайных чисел подключен к седьмому выходу блока синхронизации.

Источники информации, ао принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

И 432509, кл. G 06 F 15/34, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

И 636618, л. G 06 F 5/34, 1977

45 (прототип).

942033

Составитель В. Жовинский

Редактор А. Власенко Техред А,, Бабинец Корректор Г. Огар

Заказ 4842/40 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Вероятностный спектрокоррелометр

Патент 942033