Вероятностный коррелометр

Вероятностный коррелометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалмстическии ресяубпмк

< 1942037 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(53)M. Кл. (22)Заявлено 18.12.78 (21) 2723023/18-24

G 06 F 15/336 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет—

9вудэрставкный квинтет

СССР но делам нэо4рвтвннй н открытнй

Опубликовано 07. 07. 82. Бюллетень М 25

Дата опубликования описания 10 ° 07. 82 (З) УДК 681 ° 323 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Г. Корчагин, Л.Я. Кравцов, IO.Á. Садомов и .Л.И. Хохлов

Ь ! : : а:

1 ..

Государственное союзное конструкторско технологическое - др,, - лт бюро по проектированию счетных маш

1 (71) Заявитель (54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОИЕТР

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения статистических характеристик случайных процессов и может найти применение в гидро5 метеорологии, автоматике, биологии, медицине и других областях. науки и техники.

Известен коррелометр для вычисления характеристик стационарных случайных процессов, содержащий ограниченную сферу применения, так как не может быть использован для обработки случайных процессов, нестационарных по математическому ожиданию 11).

Известен вероятностный коррелометр,. содержащий сумматор, вход кото" рого через третий блок вентилей сое- ро динен с регистром, а выход через первый блок вентилей .со сдвиговым регистром, причем вход сдвигового оегистра подключен к его выходу

2 и первому входу второго блока сравнения, второй . вход которого соединен с генератором случайных чисел и со входом первого блока сравнения, подключенного к одному из входов блока вероятностного умножения, другой вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, блок управления, подключенный к генератору случайных чисел и к блоку памяти, вход которого подключен к блоку вероят" ностного умножения, счетчик, четвертый и пятый блоки вентилей и накапливаний регистр, второй выход счетчика и все выходы !накапливающего - регистра через четвертый блок вентилей подсоединены ко второму входу сумматора,.а выходы старших разрядов накапливающего регистра и третий выход счетчика через пятый блок. вентилей подсоединены к регистру, первый и второй выходы счетчика подключены к третьему

42037 4

3 9 и четвертому. блокам вентилей, а вход счетчика соединен с блоком управления (2).

Недостатком указанного устройства является невозможность вычисления взаимокорреляционной функции двух нестационарных процессов и функции математического ожидания любого из них., Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обработки нестационарных по математическому ожи данию процессов«

Указанная цель достигается тем, что в вероятностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел, сумматор, йервый вход которого является первым входом коррелометра, второй подключен к выходу блока сдвигающих регистров„ третий - к выходу регистра математического ожидания, четвертыйк выходу накапливающего регистра, вход которого соединен с выходом суммы сумматора,.а выход подключен к первому входу регистра .математического ожидания, второй вход которого является вторым входом коррелометра, выход переноса и вы рд разности сумматора соединены соответственно с первой группой входов блока вероятностного умножения и с первым входом блока элементов И, выход которого подключен к первому . входу блока сдвигающих регистров, выход блока вероятностного умножения соединен с первым входом блока памяти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований, второй регистр математического ожидания, второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к выхо" дам второго регистра математического ожидания, второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к первому выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подклю5 о

25 зо

Я) чен к пятому входу первого сумматора, шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока памяти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разряда счетчика кратности стохастических преобразований, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а разрядные выходы подключены ко второй группе входов блока вероятностного умножения, третья группа входов которого соединена с выходом переноса второго сумматора, выход разности которого подключен ко входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидания, второй вход которого является четвертым входом коррелометра, второй вход счетчика шагов подключен ко второму выходу блока синхронизации, третий вход которого объединен со входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разряда счет. чика шагов, третий и четвертый входы блока памяти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора и к первому выходу второго сумматора.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого вероятностного коррелометра, на фиг.2 - структурная схема блока управления.

Вероятностный коррелометр содержит l и 2 каналы преобразования, в состав которых входят сумматор 3 и два регистра - регистр 4 математического ожидания и накапливающий регистр 5, кроме того, он содержит блок элементов И 6, блок 7 сдвигающих регистров, генератор 8 случайных чисел, блок 9 вероятностного умножения, блок 10 памяти, регистр

11, счетчик 12 кратности стохастического преобразования, счетчик 13 ша" гов, блок 14 синхронизации, счетчик 15 циклов.

Структурная схема блока управления показана на фиг.2. Этот блок содержит формирователь одиночного импульса 16» генератор 17 тактовых импульсов, элемент И 18, элемент

19 задержки, другой элемент И 20, 5 942037 6 блок 21 анализа, триггер 22, другие - Режим вычисления корреляционных функций может быть пояснен на при" временных интервалов, элементы И мере расчета по формуле у Х (). 26 и 27, элемент ИЛИ 28, триггер 29, В этом случае на первый вход устройопределяющий пуск коррелометра в ра- 5 ства подан процесс х(ф) на второй боту. вход - процесс У ) .

Вероятностный коррелометр рабо- Весь процесс вычисления коррелятает следующим образом. ционной функции для И пар ординат

Перед началом работы все блоки случайных процессов состоит из И и элементы устройства устанавл вают- 1О . циклов, в .каждом из которых произся в исходное (нулевое) положение. водится прием, преобразование пары

В регистры 4 математического ожида-, ординат процессов и коррекцияния обоих каналов заносятся началь- промежуточных результатов ординые значения в„ и у, с п m основанные нат корреляционной функции, вычис" на предварительном, априорном зна- t5 ленных для предыдущих ординат случайной функции.

Устройство может работать в сле- Каждый цикл приема, преобразовадующих режимах. ния и коррекции состоит из ф+2

Вычисление автокорреляционной подциклов, называемых в дальнейшем функции К„ (К„ (Р) для N ординат по форму-ю шагами. Работа устройства в этом . режиме может быть пояснена на приле мере обработки i-й пары ординат й-Р (1) х и у,.

Й > " " " P " Со второго выхода блока 14 сино

И хрониэации выдается управляющии

Вычисление взаимокорреляционных сигнал, сдвигающий счетчик 13 шагов на одну позицию. В этом первом

У аналогичным (1) шаге обеспечивается прием в первый и второй каналы 1 и 2 преобразоваЮ ния рд роц с о хщ в первом сомно ителе суммы . н

3 обоих каналов с содержимым накапливающмх регистров 5 Производится операция накопления суммы ляется подключением того или иного

1 х. процесса на первыи и второи входы

Ф4 9 „= g$ результаты записываются устройства.

1С

Вычисление функций математичес" вновь в накапливающие регистры 5, кого ожидания нестационарных слу- B случае, если установленная д айных =х у процессов по форму- на участка псевдостационарности вы49 борки кратна текущему номеру прини" =М1) маемой пары ординат х и у, то

В®= — Х::: 1 . после записи результата производит=и ся перепись содержимого регистра 5

l в регистры 4 математического ожидаг е =0,1...; иия обоих каналов.

" текущее Е(-)

Блок 7 сдвигающих регистров, цела" tfBcth числа сдвигается на один разряд вправо, - номер текущеи орди диндты в сторону хранящихся величин У . функции (4)(номер участка После выполнения шага 1 со втофункции 1(номе стационарности (псевдо" вдо" рого выхода блока 14 синхронизации стационарности у ф

) функции фЯ выдается управляющий сигнал, сдви- длина участка стацио нарности гающий счетчик 13 шагов на одну по-. ф ), Яемаю зицию. В этом втором шаге ординаты процессов х() и У(Мподаются íà пер" ф нкции >(+, определя лом о инат, снятых с этого вые вход cy vwopoe 3, а вхрды участка. з гене- которого подано значение математичес.

Пе ача случайных чисел и

П ред чайных чисел во внюинее кого ожидания из регистра 4, При вы» ратора слу числении корреляционных функции ста

V устройство.

942037

7 ционарных процессов в регистре 5 содержится постоянное эначениеаприорная величина математического ожидания процесса х{6) или УЯ . При вычислении корреляционных фуйкций s нестационарных процессов вначале в регистр 4 записывается начальная величина математического ожидания процесса Х(Ф) или У(Й, а затем через каждые ф пар ординат в регистр 4 " 16 переписываются соответствующие разряды регистра 5, которые равняются

1 ф х величине - Х, при ф кратном степени, двух (для предлагаемого устройства и это обязательное условие) .,8

Призводится операция центрирования ординат Щ„.и У„в сумматорах 3. Об- разуются центрированные значения Д= („-ш. Результаты центрирования записываются: для первого канала в блок 7 сдвигающих регистров, а для второго канала - в регистр 11. Блок

7 сдвигающих регистров может работать в следующих режимах: а) сдвиг и отсутствие записи на вход; 6) при отсутствии сдвига запись на вход из канала преобразования, в) сдвиг и запись на вход с выхода блока сдвигающих регистров.

Распределение мест в блоке 7 сдвигающих регистров дано в табл.1.

942037

10,С» = Л сч м сч м

1+ + +

З В" В фЪ

Ф + + » + М с. ч

) а) - 4) ф4 (р +

+ +. +

). ф. б

1. ч ч.

4). Е». 4 к

I 1 о, оУ оУ 47

I I

° » " ° ч ° со о о)" ei7»

Ф .

Ф" 4» Ф

1 а с

Я Я ° 4 ° ° ° 4 р- Ф

4»» e) о с4

ЕУ- » «У с4

1 1 1 т

4;Г- «»- «У ф< с1

° rl ° с- е о)- оУ РУ г

° ° оУ «P o».

+ + д 13. d

1 l 1

° В =и =..3

11 9420

flpe этом в шаге 1 блок 7 работает в вышеуказанном режиме по и. 6), в шаге 2 - по и. д), в шагах 3 -2 - по п.ф.

8 третьем шаге информация с вы 5 хода блока 7 сдвигающих регистров подается на пятый вход сумматора

3 для канала Щ), на четвертые вхо-! ды сумматора 3 подается число дУ

i 1 с генератора 8 случайных чисел и 16 производится операция вычитания

9 -О©, где О - первый элемент Мно" жества случаиных чисел для 4 -ro цикла, для коррекции величины ординаты а

} м ((+1} (1} U}-1},А}

„ „%Ч 016 „01 1011 с

1=ОД-1;Х= 1--, =1,н

Информация x„с выхода регистра

l1 подается на йятый вход сумматора 2в

3 для канала 1 (Ф), на четвертые входы сумматора 3 канала X(4) подает„ом. 1}о оа },ож

Табли ца 2

1-4o

2 hi Yi 1 f-g o 1 1 ф-2 ф+1. (+2

Процесс вычисления ординат корреляционных функций закончится

5в после обрботкия-Й пары ординат где N является предельной заданной величиной для параметра i.

Процесс вычисления математического ожидания начинается с операции сложения, производимого в первом шаге.

После Ь-кратного выполнения операции суммирования, где Ь - величина участка псевдостационарности, произРабота устройства с шага 4 до шага ф+2 ничем.не отличается от работы в ваге 3, за исключением содержимого выходов блока 7 сдви" гающих регистров, которые приведены в табл.2, После выполнения шага /+2 блоки коррелометра приходят в такое же состояние, какое было перед i-м циклом. С приходом следующей i+1 пары ординат 1 4„ и 1,1 все действия по тактам от

1 до ф+2 повторяются.

37 12 ся числоЬРс генератора 8 случайных" чисел и йроизводится операция вычи . тания Q-Ъ, где!

Анализируется наличие переносов с сумматоров 3 nepeoro и второго каналов преобразования в блоке

9 вероятностного умножения. Операция сравнения чисел X„ и у со слу", чайными числами Ь„"и 0Х заменяется вычитанием чисел Х -Ь". и 9 -б"" При

1 1 1 1 одновременном появлении сигналов переноса, свидетельствующих, что

Х„ъф и $

Распределение ячеек памяти и их конкретное содержимое указаны в табл.2.

13 9420 водится запись содержимого накапливающего регистра 4 первого или второго каналов (в зависимости от того, какое математическое ожидание вычис" ляется) через сумматор,3 на второй или третий входы блока 10 памяти.

Далее меняется адрес памяти (счетчик

10 шагов) и вновь выполняется действие суммирования. Результат вновь записывается в память. Режим заканчивает- 16 ся после занесения Q -l результата суммирования в блок 10 памяти. Деле-. ние итоговых сумм на L производится посредством съема соответствующих разрядов с выходов блока 10 памяти ° 1%

В режиме генерации случайных чисел обеспечивается передача случайных чисел в блок 10 памяти и оттуда в ЭВИ. Число из генератора 8 проходит транзитом через сумматор 3 каналов р

1 или 2 и записывается по второму или третьему входу блока 10 памяти.

После заполнения ячеек блока памяти .производится обмен информацией с ЗВИ.

Таким образом, применение предла- гаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности

rio сравнению с .известным без увеличения оборудования. формула изобретения

Вероятностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел, сумматор, первый вход которого являет ся первым входом коррелометра, второй подключен к выходу блока сдвигающих регистров, третий - к выходу регистра математического ожидания, четвертый — к выходу накапливающего регистра, вход которого соединен с выходом суммы сумматора, а выход подключен к первому входу регистра математического ожидания, второй вход которого является вторым входом коррелометра, выход переноса ! и выход разности сумматора соединены соответственно с первой группой вхо;дов блока вероятностного умножения и с первым входом блока элементов И, выход которого подключен к первому входу блока сдвигающих регистров, выход блока вероятностного умноже- М ния соединен с первым входом блока памяти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, .о т л и ч а юшийся тем, что, с целью рас- 5$ ширения функциональных возмо1кностей за счет обработки нестационарных по математическому ожиданию

14 процессов, в коррелометр введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований, второй регистр математического ожидания, второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвер.тый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам второго регистра математического ожидания, второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к первому выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подключен к пятому входу первого сумматора, шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока памяти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разряда счетчика кратности стохастических преобразований, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а разрядные выходы подключены к второй группе входов блока вероятностного умножения, третья группа входов которого соединена с выходом переноса второго сумматора, выход разности которого подключен к входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидания, второй вход которого является четвертым входом коррелометра, второй вход счетчика шагов подключен к второму выходу блока синхронизации, третий вход которого объединен с входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разряда счетчика шагов, третий и четвертый входы блока памяти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора и к первому выходу второго сумматора.

Источники информации, поинятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ю 24184, кл. С 06 r- 15/34, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ъ 2534281/18-24, кл. С 06Т 15/34, 1978.

942037 фа2 2

Составитель B. Жовинский

Редактор А. Власенко Техред Т. Иаточка Корректор Г. Orap

Заказ 2/ 0 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ -Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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