Вероятностный коррелометр

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 1327121(5 Р 4 11 06 Г 15 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТ(54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом анализе случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности. Вероятностный коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульсов, два аналого-цифровых преобразователя 2 .и 3, блок 4 умножения, регистр сдвига 5, два делителя частоты 6 и 7, элементы И 8, элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9, интеграторы 10, элемент задержки 11,тельство СССР 15/336, 1980. ятностные вычис: Наука, 1973,лителем 6 М, частот На вторые поступают двоичные еле нняратора 1.группылучайные ициентом льсов ге с коэффГ импвходысоотвеигналы лементовственно т к(т); генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 4 рав. новероятностных импульсов, счетчик 15, дешифратор 16 и элементы ш ИИЛИ 17. Перемножение Й пар цифровых отсчетов, вырабатываемых первым и вторым аналого-цифровыми преобразователями, основано на вероятностном прореживании число-импульсных кодов и реализуется с использованием группы иэ М элементов И. На объединенные первые входы элементов И группы с выхода блока 4, управляемого двоична кодом цифрового отсчета у п 1, поступает число-импульсный ,код 2" у (п 1,размещенный на интер-М, вале Ьй =выборок заданном де- ГФ327 21 Сущность изобретения основана на детерминированном представлении (с по" 20 мощью двоичного умножителя ) цифровых отсчетов уо одного центрнрованного случайного процесса у (с) в виде число-импульсного кода г, размещенного на интервале выборок И, и ве п роятностном представлении (с помощью генератора случайных ьипульсов, генератора равновероятностных импульсов, счетчика,дешифратора и группы элементов е И-ИЛИ),цифровых отсчетов х(п-с+11,И другого центрированного слу - . чайного процесса х (с) в виде совокупности изслучайных (с положительной взаимной корреляцией) двоичных сигналов1,(1). При этом параметры (коэффициенты заполнения) Р 1,(1) сиг - налов 1(с) численно равны соответствующим цифровым отсчетам хсп-с+1 коэффициентами заполнения Р 1,х ( и - с + 1 2 . Для Формирования системы двоичных сигналов1, С) с положительной корреляциейслужат последовательно соединенныегенераторы 12, 14 и счетчик-дешифратор, выходы которого соединены с пер.выми входами элементов щ И-ИЛИ группы, на вторые входы которых поступают щ-разрядные двоичные коды цифровых отсчетов хи - 1 с + 1, находящиеся в регистре сдвига динамичесИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом анализе случайных процессов.Целью изобретения .является повышение точности работы вероятностного коррелометра путем сокращения вдвое общего числа операций по вероятностйому кодированию перемножаемых величии за счет детерминированного (без ошибочного ) представления первого об" щего сомножителя уи )(хи) число" импульсным кбдом и вероятностного представления вторьм сомножителей хп-с+1, 1 с щ 1,Й в виде случайных 15 двоичных сигналов с непрерывным вре менем.кой памяти. С выходов элементов Имодули прореженных число-импульсныхкодов поступают на входы соответствующих интеграторов 10, Усреднение произведения у ( и )и - 1 +осуществляется на интервале Мзаданном коэФФициентом М делениявторого делителя частоты, с учетомзнаков произведений, определяемых соответствующими элементами РАВНОЗНАЧНОСТЬ. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. ф 2",представленным в виде двоичных правильных дробей.В результате этого коррелометр обладает новыми свойствами многоканального вероятностного автомата которые позволяют перемножение цифровьм отсчетов у и 1 хп-с+11,)с = 1,М вы" полнить путем вероятностного прореживания число-импульсного кода г=уп с помощью )с-го вероятностного вентиля (элемента И),управляемого случайным двоичным сигналом (1), а усреднение произведений у(п.хи- + +17 выполнить путем алгебраического (с учетом знаков сомножителей ) суммирования прореженных число-импульсных кодов г с помощью й цифровых интеграторов с единичными биполярныи приращениями.Использование совокупности из Й случайных (с положительной взаимной корреляцией) двоичных сигналов(1), с = 1,М снижает дисперсию относительых значений прореженных число-нмульсных кодов на выходах элементов И,На фиг.1 изображена структурная схема коррелометра; на Фиг.2 - схема интегратора; на Фиг,3 - временные диаграммы работы коррелометра,Вероятностный коррелометр (Фиг.1) содержит генератор 1 тактовьм импульсов, первый 2 и второй 3 аналого-цифровые преобразователи, блок 4 умножения., регистр 5 сдвига, первый 6 и второй 7 делители частоты, элементы И 8, элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 ь ин з 1327121 4теграторы 10, элемент 11 задержки, генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 14 равновероятностных импульсов, счетчик 15, дешифратор 16 и элементы ш ИИЛИ 17.Интегратор (Фиг.2)содержит элемент И 18, элемент ЗАПРЕТ 19, реверсивный счетчик 20, группу 21 элементов ИСКЛЮЧА 1 ОЩЕЕ ИЛИ, регистр 22 и элемент 23 задержки.Блок 4 умножения представляет собой преобразователь двочный код - число импульсовКаждый элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ группы 9 является типовым логичес-. ким элементом с функцией инстиннос- тиО-х х ч х хйГенератор 12 случайных импульсов может быть выполнен по известной схеме, содержащей последовательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент и формирующий каскад.Генератор 14 может быть выполнен в виде электронного коммутатора на два выхода с высокой частотой переключений.Вероятностный коррелометр работает следующим образом,Рассмотрим случай определения взаимной корреляционной функцииф двух центрированных процессов х (С), У(й), подаваемых: на информационные входы первого 2 и второго 3 аналогоцифровых преобразователей. При оценке автокорреляционной функции процесса 1(1) вход блока 4 подключают к первому выходу регистра 5, что эквивалентно объединению входов коррелометра.Вероятностный коррелометр работает по методу умножения и выполняет действия, необходимые для получения оценок авто- и взаимной корреляционной функций центрированных случайных процессов х(й) и у(Й) в соответствии с выражениями: К,СЗ= С ЗС - 1 З, 1 с = 1,4, и = 0 1,2 Ку Г 13 у Гп Я х и М+Ц с = 1,14, и = 0,1,2,(2)В формулах (1) и (2) хи , уп- "(в+1)-разрядные цифровые отсчеты случайных процессов х(й) и у(С),вырабатываемые первым 2 и вторым 3 аналого-цифропыми преобразователями(А 11 П) в дискретные моментыНп= и= и д С,5Гопределяемые импульсами с выхода первого 6 (с коэффициентом И) делителячастоты Гтактовых импульсов генератора 1 (фиг.За), При этом (щ+1)-йразряд цифровых отсчетов хп 1 и у 1 пявляется знаковым.За время 14 Ь,являющееся временемпереходного режима, регистр 5 заполняется 14 цифровыми отсчетами х 1 п,и = 1,14, В дальнейшем прием новых(14+1), (И+2)-го и т.д. цифровых отсчетов приводит к потере (сбросу)1,2-го и т.д, отсчетов. Поэтому работу коррелометра,будем рассматривать2 О в установившемся режиме, т.е. спустяЙ тактов с момента его включения.С помощью блока 4 ш-разрядныймодуль текущего цифрового отсчета1 Уп 31, вырабатываемый вторым АЦП,25 преобразуется в число-импульсный кодк(фиг.З "б"), размещенный на интервале ьй выборок. Код х поступаетиа первые входы элементов И группы 8,Отметим, что на вход блока 4 умноже 3 О ния за интервал Вй поступает ИЬ 12, у= 1,2 импульсов, поддействием которых счетчик-распределитель, входящий в состав блока. 4, делаетполных "оборотов". По этой причине методическая ошибка представле 5ния модуля цифрощм отсчетовУ 1 п)1число-импульсным кодом равна нулю.11 одули цифровых отсчетовхп-М +,щ случайных двоичных сигналов(е) снепрерывным временем следующим образом,С выхода генератора 12 случайный 45.поток импульсов с интенсивностью= Р,через постоянно открытый (вотсутствие импульсов число-импульсно"го кода х) элемент ЗАПРЕТ 13 поступает на вход генератора 14. Послед 5 О ний формирует два независимых потоканесовместных случайных событий (импульсов), происходящих с вероятностями Рр = 0,5, на каждый импульсзапроса, поступающий на его вход, 56 Вероятности Р(Е) (р (Ь событий,заключающихся в том, что на первом(атором ) выходах генератора 14 появится группа иэ 1(Н) импульсов под-.ряд определяется следующим образом:(3 )Счетчик 15 подсчитывает импульсыпотока с первого выхода генератора14 на интервалах между импульсамипотока с второго выхода генератора4.С учетом стационарности потока, импульсов генератора 12 и соотношений (3) распределение относительньюспродолжительностей пребывания счетчика 15 в соостояниях 1 с =0,1,2,;шсовпядает с сюжетричным геометрическим распределением вероятностейР 1,(1/2) , 1 с = 0,1,2 ш.Состояния 1 с 0,1,2. шсчетчика 15 отображаются присуствием сигнала единичного уровня на соответствующем (1 с+1)-и выходе дешифратора 6.В результате этого на ш выходахдешифратора 16 формируются неперекрывающиеся (ортогональныеслучайныедвоичные сигналы 1, 1 с = О,шсйепрерывным временем и коэффициентами заполнения К 1,= Р(1) = (1/2)"."; ЗО1 сО,ш.Двоичные сигналы (й) поступаютна первую. группу входов всех Н элементов ш И-ИЛИ группы 17.В соответствии с двоичным кодом 35х 1, модуля цифрового отсчета х ис++Я, 1 с 1,Я,поступающим с Р-го вы-.хода регистра 5 на вторую группувходов 1 с-го элемента ш И-ИЛИ группы 17, в последнем будут открыты те 40элементы И, которым соответствуютразряды двоичного кода х 1, = ааа а; Е 0,1, содержащие единицы. Путем объединения (с помощьюэлемента ИЛИ 7 двоичных сигналов с выходов открытых элементов И на выходе К-го элемента ш И-ИЛИ формируется случайный двоичный сигнал 11,(С)с параметром Р 1,(1) хпс+1 2 ,5 ОДвоичный сигнал(с) (Фиг.З "В" )поступает на второй вход 1 с-го элемента И 8 группы и обеспечивает прореживаиие число-импульсного кодаг1, у п 1 с вероятностью Р 1,(1).Иатематическое ожидание числа импульсов кода и(Фиг.З "г"), которыепройдут на выход. 1 с-го элемента И 8группы, а следовательно - на,вход с-го цифрового интегратораО группы, составитМ г=у п 1хи-с+1 . 2Для исключения "дробления" .импульсов элементами И 8 группы служит элемент ЗАПРЕТ, отключающий на время действия каждого импульса генератор.Знаки цифровых отсчетов у п 1 и хп-с+1 в виде двух уровней: (плюс), нО" (минус) поступают на входы 1 с-го элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 группы с Функцией истинности Б = = х,.х Ч х 1, из которой следует1, если х 1, = х1 =ли х фхтрРезультат О 1, перемножения знаков х 1 х поступает на знаковый вход 1 с-го интегратора 1 О группы, который выполняет алгебраическое суммирование прореженных число-импульсных кодов гза интервал М йусреднения, ойределяемый коэффициентом М деления второго 7 делителя частоты.Работа каждого интегратора 10 группы состоит в следующем,При У 1, =1 ,одинаковых знаках сомножителей ) мо дуль , у п х (ис+1 в виде прореженного число-импульсного кода через открытый элемент И 18 - 1 с проходит на суммирующий вход реверсивного счетчика 20-1 с. При Б= 0 (разных знаках сомножителей) код г через открытый элемент ЗАПРЕТ 19 проходит на вычитающий вход реверсивного счет" чика 20-1 с. Емкость реверсивного счетчика 20-с должна быть 2" Ъ М И. поми 1 7. мо дополнительного (и+1)-го старшего разряда, выполняющего роль знако - вого разряда 1 с-й ординаты оцениваемой корреляционной Функции. Если к окончанию интервала усреднения М 1 ьй (и+1)-й разряд реверсивного счетчика 20-1 с окажется в нулевом (единичном ) состоянии а = О(1), то с-я ордината корреляционной функции имеет знак "плюс" (" минус" ), а модуль ее, отображаемый состояниями и остальных разрядов реверсивного счетчика 20-1 с, будет представлен в прямом (дополнительном) двоичном коде.Для преобразования дополнительного кода в прямой служит группа 21-1 с элементов ИСКЛКЧАЮЩЕЕ ИЛИ с Функцией истинности 1 = хха ч хх,при а:=на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАВ)ЩЕЕ ИЛИ группы 21 поступает единица, те. х =1 иП=х, 1 ч х,О= = х, откуда следует, что состояние младших и разрядон реверсивногосчетчика 20-1 с передаются в регистр 22"1 с с инверсией, что практически эквивалентно операции перевода дополнительного кода х в прямой х , 10ь Ф так как х= х + 1, здесь черта означает инверсию.При аО, х = О, а 11 = х О ч х 1х, откуда следует, что состояния младших и разрядов ревер сивного счетчика 20-1 с передаются в регистр 22-1 с без изменения.Каждый импульс с выхода второго 7 делителя определяет начало нового интервала М л с усреднения М произ ведений у 1 п 1 хп - 1 с + 1 с 1,11, 1 = 1,М .Воздействуя на входы считывания интеграторов 1 О группы, этот импульс фиксирует значения М ординат оцениваемой корреля ционной функции КГ 1 с 1 (КС 1 с 1 ) в регистрах 22-1 с памяти на время интервала усреднения.В дальнейшем работа вероятностного коррелометра понторяется на оче редном интервале усреднения.Формула изобретения1. Вероятностный коррелометр, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и дна делителя частоты, генератор случайных импульсов, счетчик, первый аналого-цифровой преобразователь, инфор мационный вход которого является первым информационным входом коррелометра, И (ш+1)-разрядный регистр сдвига (И - количество обрабатываемых двоичных отсчетов, натуральное 45 число, ш - разрядность модуля двоичных цифровых отсчетов), информационный вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, М элементов И, Н интег раторов, информационные входы каждого из которых соединены с выходом соответствующего элемента И, выходы интеграторов являются выходами значений соответствующих ординат кор-, реляционной функции коррелометра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, н него введены второй аналого-цифровой преобраэователь, информационный вход которого является вторым информационным входом коррелометра, элемент задержки, блок умножения, элемент ЗАПРЕТ, дешифратор, генератор равновероятностных импульсов, И элементов ш И-ИЛИ и И элементов равнозначности, выходы которых соединены со знаковыми входами соответствукщих интеграторов, выход первого делителя частоты соединен с тактовыми входами обоих аналого-цифроных преобразонате. лей и через элемент задержки - с тактовым нходом И(п+1)-разрядного регистра сдвига, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соотнетствукщих элементов И-ИЛИ группы, вторые входы которых соединены с выходом дешифратора, выход второго аналогоцифрового преобразователя соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход блока умножения соединен с первыми входами элементов И и с первым входом элемента ЗАПРЕТ, второй вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов, выход элемента ЗАПРЕТ соединен с управляющим входом генератора равновероятностных импульсов, выход пернбго потока случайных жпульсов которого соединен со счетным входом счетчика, выход второго потока случайных импульсов соединен с входом сброса счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора, выходы элементов ш И-ИЛИ соединены соответственно с вторыми входами элементов И, выходы знаковых разрядов Н(ш+1)-разрядного регистра сдвига соединены соответственно с первыми входами элементов равнозначности, вторые входы которых соединены со знаковым выходом второго аналогоцифрового преобразователя, выход делителя частоты соединен с тактовыми входами интеграторов.2. Коррелометр по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что каждый интегратор содержит элемент И, элемент ЗАПРЕТ, (и+1)-разрядный реверсивчый счетчик (и - газрядность модуля ординат корреляционной функции), п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент задержки и (и+1)-разрядный регистр, выход которого является ныходом интегратора, первые нходы элемента И и элемента ЗАПРЕТ являются инимова Корректор И.Му ставитель ЕредИ Попови едактор М ура акаэ 3391/4 ВНТирах 672дарственного комитетаизобретений и открытиа, Ж, Раушская наб ПодписноССР ИИПИ Го по дела 3035, Мос.4/5 иэводственно"полиграфическое предприятие, г.уагород, ул, Проектная, 4 9 1327 формационным входом интегратора, вторые входы элемента И и элемента ЗАПРЕТ являются знаковым входом интегратора, выходы элемента И и элемента ЗАПРЕТ соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами (и+1)- разрядного реверсивного счетчика, вход установки которого соединен с выходом элемента задержки, 10 вход которого соединен с входом записи (и+1) -разрядного регистра и является тактовым входом интегратора,121 1 Овыход 1-го 11 = 1,п) разряда(и+1)-разрядного реверсивного счетчика соединен с первым входом-го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которогосоединен с входом ), -го разряда (и+1)разрядного регистра, старший (и+1)-йразряд (и+1)-разрядного реверсивногосчетчика соединен с вторыми входамиэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключенк входу знакового Разряда (и+)-разрядного регистра, выход которого является выходом интегратора.1