Детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДЕТБДЬСТВУ р 773625(53)М. Кл.з С 06 Г 15/31 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытий(72) Авторы изобретения Государственное союзное конструкторско-технологическоебюро по проектированию счетных машинИзобретение относится к вычислительной технике и предназначено для, определения статистических характеристик случайных процессов и мбжет найти применение в радиоэлектронике, гидрометеорологии, автоматике, связи, биологии, медицине и других областях науки и техники.Известно устройство для вычисления статистических характеристик случайных процессов 13.Основным недостатком известного спектрокоррелометра является последовательный процесс вычисления статистических характеристик; вначале зна О чений корреляционной Функции, а затем значений спектральной плотности мощности. При вычислении спектральной плотности мощности на основании Фурье-преобразования кор реляционной Функции необходимо многократно вероятностно кодировать как значения корреляционной Функции, так и значения косинуса. Для достижения удовлетворительной точности вычисления спектральной плотности мощности 5-1 бЪ требуется кратность кодирования, в сотни раз превышающая кратность кодирования при вычислении .корреляционной Функции. 30 Известен вероятностный спектрокоррелометр, содержащий блок центрирования, первый вход которого является входом спектрокоррелометра, а выход подключен к первому входу первого блока вентилей, выход которого соединен с первым входом блока вероятностного округления, выход которОго соединен со входом динамического регистра, охваченного обратной связью, выход которого подключен к первому входу регистра числа, первый выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к первому входу блока вероятностного умножения, 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 козФФициента 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,тьему выходу блока памяти, выход сум второй вход второго блока сравненияподключен к выходу блока вероятностного округления, управляющие входыпервого блока вентилей, динамического регистра, блока памяти.и регистра числа соединены соответственнос первыми четырьмя выходами блокауправления, выход генератора гармонических Функций соединен с первым и вторым входами блока вентилей и совторым входом регистра числа, управляющий вход гторого блока вентилейсоединен с пятым выходом блока управления, выход второго блока вентилей подключен к третьему входу второгоблока сравнения, третий выход блокапамяти соединен со вторым входомрегистра числа )2.Недостатком известного вероятностного спектрокоррелометра является невысокая точность вычисления статических характеристик (СХ) при малых выборках и невозможность вычисления спектральной плотности мощности по корреляционной Функции, что требуется в ряде случаев для быстротекущих процессов.Цель изобретения - повышение точности вычисления ординат корреляционной Функции и спектральной плотностимощности. Поставленная цель достигается тем, что в детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических функций блок центрирования, первый вход которого является входом спектрокоррелометра,второй соединен с первым выходом блока памяти, а выход - с первым входом первого блока элементов И, второй вход которого через блок масштабированиясоединен с вторым выходомблока памяти, динамический сдвигающий регистр, охваченный обратнойсвязью, первый вход которого подключен к выходу первого блока элементовИ, второй вход - к первому выходублока синхронизации, а выход динамического сдвигающего регистра соединен с первым входом регистра числа,второй вход которого подключен ковторому выходу блока синхронизации,третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно ковторому входу динамического сдвигающего регистра, к первому входу блока памяти и к первому входу второгоблока элементов И, выход регистрачисла соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которогоподключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, а выход подключен ко входу блока синхронизации, введенсумматор, первый вход которого соединен с выходом второго блока элементов И, второй вход сумматора объединен с четвертым входом первогоблока элементов И и подключен к тре 50 60 матора соединен со вторым входом блока памяти, второй и третий входы второго блока элементов И подключены соответственно к выходу первого блока элементов И и к выходу динамического сдвигающего регистра, выход генератора гармонических функций соединен с третьим входом регистра числа.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр содержит блок центрирования 1, первый блока элементов И 2, динамический сдвигающий регистр 3, блок синхронизации 4, регистр числа 5, блок сравнения б, второй блок элементов И 7, генера-тор псевдослучайных чисел 8 (ГПСУ), блок масштабирования 9, блок памяти 10, сумматор 11, генератор гармонических Функций 12.Повышение точности вычисления СХ в предлагаемом устройстве достигается за счет реализации детермированно-вероятностного метода вычисления (ДВМ) СХ, состоящего в том, что в вероятностную бинарную последовательность преобразуется только одииз пары сомножителей, участвующих при реализации оценочных сумм вычисляемых СХ. В результате операция умножения заменяется операцией сложения 1-разрядных кодов, представляющих второй сомножитель, а точность вычисления СХ существенно повышается.Работа спектрокоррелометра в режиме вычисления спектра Б ( по Фурье- преобразованию реализации случайного процесса происходит следующим образом. Перед началом работы по коМанде "Начальная установка" все блоки устройства устанавливаются в исходное состояние, после чего устройство го тово к работе. Дискретный случайный процесс в виде и-разрядный кодов, представляющих ординаты процесса, поступает через блок центрирования 1 и блок элементов И 2 на вход динамического сдвигающего регистра 3После заполнения динамического регистра 3 на.первый блок 2 из блока синхронизации 4 поступает сигнал запрета и начинается процесс вычисления точечной оценки периодограммы для С-того участка. При этом первое число поступает через второй блок элементов И 7 на вход сумматора 11. Одновременно с этим из генератора гармонических Функций 12 на регистр числа 5 заносится соответствующее значение косинуса и через него подается на вход блока сравнения 6, где сравнивае."ся с числом из генератора псевдослучайных чисел 8 и в виде случайной последовательности "1" и "О" поступают в блок синхронизации 4. Производится умно 773625жение ординаты случайного процесса на значение косинуса. При этом в блоке синхронизации анализируется последовательность "1" и "0", поступающая из блока сравнения б. При наличии "1" значение ординаты случайного5 ,процесса на сумматоре 11 складыва" ется с соответствующей оценкой ранее накопленной суммы А=;соМПри наличии "0" операция суммирования не производится. Процесс детерминированно-вероятностного умножения может повторяться в зависимости от числа испытаний ж, установленной на блоке синхронизации 4 и требуемой точности. По окончании умножения этих величин из генератора гармонических функций 12 через регистр числа 5 на вход блока сравнения б подается .соответствующее значение синуса и повторяется процесс детерминированно-вероятностного умножения. 20 После а сдвигов динамического сдвигающего регистра 3 генератор гармонических функций 12 блокируется сигналом из блока синхронизации 4 и из блока памяти 10 на сумматор 11 поступает оценка накопленной суммы А и производится ее квадрирование. Затем такая же операция повторяетс для оценки второй суммы В=азу в " . Результоататы квадрирования, соответствующие )-му номеру вычисляемой точки периодограммы, складывается на сумматоре 11, а затем прибавляются к соответствующему значению суммы, накопленной на предыдущих участках, На этом процесс вычисления )-ой точки периодограммы заканчивается и описанный процесс полностью повторяется для +1)-ой точки периодограммы, Так происходит а раз.Затем снимается сигнал запрета и динамический сдвигающий регистр заполняется новыми а-значениями случайного йроцесса. Описанная последовательность операций повторяется. Так происходит К раз. 45После окончания вычислений с блока памяти 10 выдается результат во внешнее устройство.В режиме вычисления корреляционной функции детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр,работает следующим образОм.Перед началом работы по команде "Начальная установка" все блоки устройства устанавлив)аются в исходное состэяние, после чего оно готово к работе.Дискретный случайный процесс в виде и-разрядных кодов, представляющих ординаты процесса, поступает через блок центрирования 1 и блок элемен тов И 2 на вход динамического сдвигающего регистра 3 и через блок элементов И 7 на сумматор 11.С выхода динамического сдвигающего регистра 3 центрирбванные ордина-. 65 ты случайного процесса выходят вследующем порядке Х ; 1, ; Х,;1 ( оо %Й где х. - центрированная величина )-ой ордийаты случайного процесса Х(С), а - число запоминаемых ординат в динамическом регистре 3, по управляющим сигналам из бЛока синхронизации поступают последовательно нарегистр числа 5.После записи каждой центрированной ординаты на регистр числа 5 организуется многократное сравнениесодержимого регистра 5 на блоке сравнения б с содержимым ГПСЧ 8. Результаты сравнения поступают в блок синхронизации 4, в зависимости от нихсодержимое сумматора либо остаетсяобез изменения (при Х , С ГПСЧ, гдер - номер текущей дискреты упреждения ординаты относительно ординаты Х,), либо суммируется с содержимым блока памяти 10 при ХГПСЧ.Адрес блока памяти меняется синхронно со сдвигом блока динамическогосдвигающего регистра 3 по сигналамиз блока синхронизации 4, Изменениеадреса блока памяти 10 и сдвиг вблоке динамического сдвигающего регистра 3 производится после того,как исчерпается требуемое количество сравнений содержимого регис=ра5 и ГПСЧ 8,Процесс вычисления корреляционнойфункции заканчивается после исчерпывания требуемого числа ординат.Вычисление спектральной плотности мощности по фурье-преобразованию корреляционной функции организуется в два этапа. На первом этапе вычисленная корреляционная функция переписывается из блока памяти10 через блок элементов И 2 в блокдинамического сдвигающего регистра3, откуда они на этапе собственновычисления ординат спектральной плотности мощности передаются черезблок элементов И 7 на сумматор 11.Соответствующие значения созе изгенератора гармонической функции12 поступают в регистр числа 5 и изнего подаются на сравнение в блоксравнения 6, где сравниваются счислами генератора псевдослучайныхчисел 8. Вначале идет накоплениена сумматоре нулевой ординаты спектральной плотности мощности. Послевычисления ординаты спектра производится вычисление следующей ординаты и т.д, Процесс заканчиваетсявычислением последней а-ой ординаты.спектра. Спектральная плотность вычисляется по корреляционной функции согласно соотношению ОЯР34 Б к о)осьо )-1Х о:о оо =Для разъяснения сущности предложенного изобретения рассмотрим процесс773625 формула изобретения Составитель В.ЖовинскийРедактор Е.Лушникова Техред М.Рейвес Корректор Н.Стец Заказ 7506/62 Тираж 751ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вычисления корреляционной функции Ке(р). Оценка К Ь)прн использовании ДОИ имеет вид:м-э о я оР)р 1 Я4 1 ХЮХ С."и к,:х.-в где 04 В 0,1 вероятностное отображе- ние ординаты СП ЙТак как И (0) =1,р, тофи, следовательно, оценка К (р) является несмещенной.Можно показать, что точность предложенного устройства более чем в 2 раза превосходит точность известного при одинаковом. быстродействии. При этом аппаратурные затраты по сравнению с известйым возрастают на 20. Детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических функций, блок 2 центрирования, первый вход которого является входом спектрокоррелометра, аторой соединен с первым выходом Юлока памяти, а выход - с первым входом первого блока элементов И, Щ второй вход которого через блок масщтабирования соединен со вторым выходом блока, памяти, динамический сдвигаюЩий регистр, охваченный обратной связью, первый вход которого З 5 подключен к выходу первого блока элементов И, а второй вход - к первому выходу блока синхронизации, а выход динамического сдвигающего регистрасоединен с первым входом регистрачисла, второй вход которого подключен ко второму выходу блока синхронизации, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно ко второму входу динамического сдвигающего регистра, кпервому входу блока памяти и к первому входу второго блока элементовИ, выход регистра числа соединен спервым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел,а выход подключен ко входу блокасинхронизации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью новьзаенияточности, в. спектрокоррелометр вве,ден сумматор, первый вход которогосоединен с выходом второго блока элементов И, второй вход сумматора объединен с четвертым входом первогоблока элементов И и подключен к третьему выходу блока памяти, выходсумматора соединен со вторым входомблока памяти, второй и третий входывторого блока элементов И подключены соответственно к выходу первогоблока элементов И и к выходу динамического сдвигающего регистра, выход фгенератора гармонических функцийсоединен с третьим входом регистрачисла. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 432509, кл. 6 06 Г 15/34, 1972.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2428338/18-24,кл. С 06 Г 15/34, 1976.