Вероятностный спектрокоррелометр

ОП ИСАНИЕИЗЬЬРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик в 942033аа делан нзабретеннй и открытнй(72) Авторы изобретения В. Г, Корчагин, Л.Я. Кравцов, Ю. Б. Садомов и:П,И .Хохловз.,:ф ПАТЕ: шь" ;, 3 Государственное союзное конструкторско-ехнологицескоббюро по проектированию счетных йашин ь"4.(54) ВЕРОЯТНОСТНЪЙ СПЕКТРОКОРРЕЛОМЕТР 1 2Изобретение относится к вычислитель- мощности (5-103) требуется кратностьной технике и предназначено для стати- кодирования, в сотни оаз превышающаяческой обработки информации в реаль- кратность кодирования при вычислениином ьремени, используемой для решения корреляционной функции, Оба обстоятебольшого класса научно-технических льства приводгт к относительно большимзадач.5временным затратам,Известно устройство для вычисленияНаиболее близким по техническойстатистических характеристик случай,сущности к предлагаемому являетсяных процессов Г 1 1.вероятностный спектрокоррепометр,Основным недостатком этого процес о содержащий блок центрирования, первыйса является последовательный процесс вход которого является входом спектрбвычисления статистических характерис- коррелометра, а выход подключен ктик: вначале значений корреляционной первому входу первого блока вентилей,функции, а затем - значений спектраль- выход которого соединен с первымной плотности мощности. При выцислении 1 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 которогоно вероятностно кодировать как значе" подключен к первому входу регистра20ние корреляционной функции, так и числа, первый выход которого .соединензначение косинуса, При этомдля до" с первым входом первого блока сравнестижения удовлетворительной точности ния, выход которого подключен к первычисления спектральной плотности вому входу блока вероятностного умно942033 Составитель В. Жовинскийедактор А. Власенко Техред А Бабинец Корректор Г, 0 га ПодписноеССР аказ 48 дилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул ная,/40 Т ИПИ Государсто делам иэобр 03, Москва,раж 731 енного комитет тений и открыт3 911жения, второй вход которого подключен к выходу второго блока сравнения,а выход соединен с информационнымвходом блока памяти, первый выходкоторого подключен,ко второму входублока центрирования, второй черезблок определения коэффициента масштаба соединен со вторым входом первогоблока вентилей, второй вход блокавероятностного округления, второйвход первого и первый вход второгоблоков сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьимвыходами генератора случайных чисел,второй вход второго блока сравненияподключен к выходу блока вероятностного округления, управляющие входыпервого блока вентилей, динамическогорегистра, блока памяти й регистрачисла соединены соответственно с первыми четырьмя выходами блока управления, генератор гармонических Функцийи второй блок вентилей, первый ивторой входы которого подключены соответственно к выходу генератора гармонических функций и ко второму выходу регистра 2.Основным недостатком известноговероятностного спектрокоррелометраявляется недостаточная точность вычисления корреляционной функц 44 и иплотности мощности при небольших выборках,2033 4 5 1 О15 20 25ЗО 55 Цель изобретения - повышение точности и быстродействия при небольших выборках для высококачественныхпроцессов,Поставленная цель достигается тем,что в вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических функций, блок центрирования,первый вход которого является первымвходом спектрокоррелометра, а первыйвыход соединен с первым входом блокавероятностного умножения, блок динамических регистров, охваченный попервому входу обратной связью, выходкоторого подключен к первому входурегистра числа, выход которого соединен с первым входом блока сравнения,второй вход которого подключен к первому выходу генератора псевдослучай"ных 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 входомблока масштабирования, выход которогоподключен ко второму входу блока динамических регистров, первые пять вы"ходов блока синхронизации подключенысоответственно к третьему входу блокадинамических регистров, к четвертомувходу блока центрирования, к третьемувходу блока вероятностного умножения,к первому входу блока памяти, к третьему входу регистра числа, введены тритриггера и блок формирования приращений суммарного результата, первыевходы первого и второго триггеровобъединены и являются вторым входомспектрокоррелометра, второй вход первого триггера подключен к первомувыходу генератора гармонических Функций, второй выход которого соединен с пятым входом блока центрирования,шестой вход которого объединен с четвертым входом блока вероятностногоумножения и подключен к выходу регистра .числа, четвертый вход которогообъединен с четвертым входом блокадинамических регистров и с четвертымвходом 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 40входы 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 приращенийсуммарного результата и ко второмувыходу блока памяти, выход третьеготриггера подключен ко второму входу блока памяти, третий вход которогоподключен ко второму выходу блока формирования приращений суммарногорезультата, выход первого триггерасоединен с пятым входом блока динамических регистров, вход генераторапсевдослучайных чисел подключен кседьмому выходу блока синхронизации.Исследуемая временная последоваГтельность х(1, дс), состоящая из М членов (1 = 1,й), разделяется на К25 участков состоящих иэ ц членов каждый (й = Кц),Затем для каждого уцаст- ка вычисляется тоцецная оценка перио" дограммы и производится усреднение найденных периодограмм по всем имеющимся участкам, т.е. вычисление Я3 О производится согласно формуле л 1 х-"дл -- ц), ро,с, х 3 к еос же 35 л . -"Х 1 Ф. Где б) 2 Х+, с 06 1, +; 1:о: о 19о о 40 оценка периодограммы (для 1 - тогоучастка);х - центрированная ордината1+6временной последовательности,При вычислении корреляционной функции используется следующая фор- мула 50 5 9120На чертеже представлена блок-схема предлагаемого вероятностного спек. -трокоррелометра.Вероятностный спектрокоррелометрсодержит блок 1 центрирования, генератор 2 псевдослучайных чисел, триггер 3 знака первого сомножителя,триггер М знака второго сомножителя,генератор 5 гармонических функций,блок 6 масштабирования, блок 7 динамических регистров, блок 8 вероятностного умножения, блок 9 синхронизации, регистр 10 числа, блок 11формирования приращений суммарногорезультата, блок 12 памяти, блок 13. 5сравнения, триггер 1 знака результата,Спектрокоррелометр в режиме вычисления спектральной плотности мощности (1) реализует следующий метоД выцислений. 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 ч.В блоке 1 центрирования производится центрирование ординаты х,М т.е. выполнение действия х = х -щ где а - оценка математического ожидания, находится в регистре блока 1 центрирования. В случае, если вычитаемая величина щ" больше по абсохлютной величине, чем х, то знак ординаты; хранящийся на триггерах 3 и М, меняется по сигналу из блока 1После центрирования ордината х и ее знак записываются из блока 1 центрирования и триггера знака 3 в блок 7 динамических регистров по сигналу с блока 9 управления. Содержимое блока 7 динамических регистров сдвигается на один разряд вправо, освобождая входные разряды для записи 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 цисла по сигналу из блока 9 управления, иэ регистра 10 числа информация подается на вход блока 13 сравне. ния, где сравнивается с числом, поступающим с генератора псевдослучайных цисел. Одновременно число с генератора 5 гармонических функций подается на вход блока 1 центрирования, где сравнивается с числом, поступающим из генератора 2 псевдослучайных чисел.55 о оух(Р) = 6 х х, рР = 0 ьЧ где р - номер текущей ординаты корреляционной функции,Рассмотрим работу спектрбкоррелометра при вычислении спектральнойплотности мощности,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 разря1 промежуточного значения итоговыхсумм Аналитически знаки суммирования, т.е выполнение операций либо сложения, либо вычитания определяются из следующих соотношений:50 "Сложить" при условии Б 1 р Х 1,.9 е МР 3 СОВ,1, Ь 1"и )=,ючую Т, ц со - (Х.,61 и) 1 фЦ ф55 дов. Для простоты рассмотрим перемножение двух чисел, представленныхтрехсимвольным кодом (табл. 1).Представленные компоненты старшийразряд 1 множителя, результат вероятностного кодирования всех разрядов,кроме старшего первого множителяР(1), старший разряд второго множителя, результат вероятностного кодирования всех разрядов, кроме старшего, второго множителя Р снимаются с блока 1 центрирования, регистра 10 числа и блока 13 сравнениятаким образом, что старший разрядпервого множителя снимается со второго выхода блока центрирования, результат вероятностного кодированияР(1) - с первого выхода блока 1 центрирования, старший разряд второгомножителя снимается с выхода регистра 10 числа, результат вероятностного кодирования Р - с выхода блока13 сравнения.В зависимости от соцетания значений с выходов выше перечисленныхблоков в блоке 8 вероятностного умножения вырабатываются сигналы.Результат вероятностного умножения иэ блока 8 вероятностного умножения поступает в блок 11 Формирования приращений суммы, где вырабатывается сигнал приращения для суммирования с промежуточным итогом изблока 12 памяти.Знак суммирования определяетсякомбинацией триггеров 3 и М знаковпервого и второго сомножителей%(.МР Х РФС" ," /1+ЕЪ % ЧХ; ., то ь 111,С Х со-ф (1 Ъ-ьМ - )16 Чгде + - обозначение операции суммирования по модулю 2 (исклюцающее ИЛИ);519 пу - инверсия переменной. Арифметические операции сложенияи вычитания величин приращений, соответствующих мгновенным значениямвероятностей результата умножения(0,25-1, 0,5-2, 1,0-), проводятсяв так называемой "счетной арифметике". Это означает, что если величина выцитаемого приращения меньшепо абсолютному значению содержимогопромежуточного значения итоговыхсумм, то в блоке 11 формированияприращений суммарного результата организуется инверсия триггера 11 знака результата и действие вычитанияприращения заменяется сложением иливычитанием числа, обеспечивающимполучение результата в счетнойарифметике,Вышеупомянутые действия поясняются (с примером для трехсимвольного кора) в табл, 2.Процесс вероятностного умноженияи связанного с ним накопления итоговых результатов может повторяться взависимости от числа испытаний, установленных в блоке 9 управления.Число испытаний Ж определяется величиной выборки номера ординат случайного процесса и требуемой точносктью вычислений по соотношению сф --где К - коэффициент 2, определяющийстраховку результата от возможныхслучайных отклонений,По окончании умножения этих величин на блок 1 центрирования и натриггер 3 знака с генератора 5 гармонических функций подается соответствующее значение синуса 61 и(Е;фи повторяет процесс вероятностногоумножения .. 1 . РезультатХ; Мйумножения с выхода блока 8 вероятностного умножения поступает в блок11 Формирования приращений для накопления и затем поступает в блок12 памяти для запоминания. Затем производится сдвиг блока 7 динамическихрегистров, на регистр 10 числа посту0 0 0,25 0,5 0 10 0 0,5 12 9 91203пает следующее число и вышеописанныепроцессы вероятностного умноженияна соответствующие синусы и косинусыповторяются.После ц сдвигов блока 7 динамических регистров на блок 1 центрирования из блока 12 памяти лоступает на 4-1,копленная сумма.со 5 Ы, , котофрая транзитом подается на блок 13сравнения, где производится ее вероятностное( квадрирование , Затемтакая же операция повторяется длядруй у " в 1=0,Результаты квадрирования, соответ-15ствующие 1-ному номеру вычисляемойточки периодограммы, с выхода блока8 вероятностного умножения поступают в блок 11 приращений и далее записываются в блок 12 памяти. На этом щпроцесс вычисления 1-й точки периодограммы заканчивается и описанныйпроцесс полностью повторяется для( + 1)-й точки периодограммы. Такпроисходит ц раз. 25 3 10Затем блок 7 динамических регист"ров заполняется новыми о значениямислучайного процесса, Описанная последовательность повторяется. Так происходит К раз.После окончания вычислений с блока10 памяти выдаются результаты вовнешнее устройство,Кожно показать, что точность вычислений при многосимвольном кодировании при одинаковых заданных величинах С и й повышается во столькораз по сравнению с односимвольнымкодированием, сколько некодируемыхсимволов числа используется в данномспособе вычислений.Логика работы блока приращенийописывается в табл. 3.Наличие связи с седьмого выходаблока 9 управления на вход генератора 2 псевдослучайных чисел обеспечивает повторяемость результатовпри отладке прибора на эталонныхпроцессах. 8 противном случае налад-ка прибора затрудняется,Таблица 1Действиесо знакомрезультата ти Инв.Зн,Рез. Инв.Зн.Рез Инв.зн,РезИсходное значение промежуточногоитога в памяИтоговаявероятность Инв,знакарезульт.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 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,1что, 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 1 033центрирования, шестой вход которогообъединен с четвертым входом блокавероятностного 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 свторым выходом блока центрирования, 1 о первый выход которого подключен ктретьему входу первого триггера ик второму входу второго триггера,третий вход второго триггера подключен к второму выходу блока дина мических регистров, выход второготриггера соединен с первым входомблока формирования приращений суммарного результата, второй, третий, четвертый., пятый и шестой входы которов го подключены соответственно к вы- .ходам первого триггера, блока вероятностного умножения, к шестому выходу блока синхронизации, к первомувыходу блока памяти и к выходу третьр его триггера, первый и второй входыкоторого подключены соответственнок первому выходу блока формированияприращений суммарного результата ик второму выходу блока памяти, выход зо третьего триггера подключен к второму.входу блока памяти, третий вход которого подключен к второму выходу блока формирования приращений суммарногорезультата, выход первого триггерасоединен с пятым входом блока динамических регистров, вход генераторапсевдослучайных чисел подключен кседьмому выходу блока синхронизации. Источники информации,4 Опринятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 432509, кл, С 06 Г 15134, 1974,2. Авторское свидетельство СССРй 636618, кл. С 06 Г 15/34, 197745