Вероятностный коррелометр Советский патент 1987 года по МПК G06F17/15 

132

коэффициентами заполнения Р - k 4- 2 . Для формирования системы двоичных сигналов Ij (t) с положительной корреляцией служат последовательно согдиненные генераторы 12, 14 и счетчик-дешифратор, выходы которого соединены с пер- .выми входами элементов m И-ИЛИ группы, на вторые входы которых поступают т-разрядные двоичные коды цифровых отсчетов X п - k | , находящиеся в регистре сдвига дшгамичес1

Изобретение 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 вероятност- йому коднрованшо перемножаемых величин за счет детерминированного (безошибочного J представления первого общего сомножителя у (х Г ) число- импульсным кодом и вероятностного представления вторых сомножителей x n-k-«-l, k в 1 ,N в виде случайных двоичных сигналов с непрерьшным менем. I

Сущность изобретения основана на

детерминированном представлении (с помощью двоичного умножителя ) цифровых отсчетов одного центрированного случайного процесса (t) в виде число-импульсяого кода z, размещенного на интервале выборок dt, и вероятностном представлении (с помощью генератора случайных импульсов, генератора равновероятностных импульсов, счетчика,дешифратора и группы элементов т И-ИЛИ),цифровых отсчетов хГп-k-Hl. k 1 ,N другого центрированного случайного процесса х (t) в виде совокупности из N случайных (с положительной взаимной корреляцией) двоичных сигналов 1,(t). При этом параметры (коэффициенты заполнения) Р(1) сигналов ) численно равны соответствующим цифровым отсчетам хГп-k- -}

21

кой памяти, С выходов элементов И модули прореженных число-импульсных кодов поступают на входы соответст- вмощих интеграторов 10, Усреднение

произведе«ия у п х п - k « ос тдествляется на интервале Mj jt,. заданном коэффициентом Mj деления второго делителя частоты, с учетом знаков произведений, определяемых со- ответствукяцими элементами РАВНОЗНАЧНОСТЬ. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

2 ,представленным в виде двоичных правильных дробей.

В результате этого коррелометр обладает новыми свойствами многоканаль- g него вероятностного автомата,, которые позволяют перемножение цифровых отсчетов ,k 1 ,N выполнить путем вероятностного прореживания число-иг пульсного кода 2

0 yf помощью k-ro вероятностного вентиля (элемента И),управляемого случайным двоичным сигналом 4(t} , э усреднение произведений С +ТТ вьшолнить путем алгебраического

5 (с учетом знаков сомножителей) суммирования прореженных число-импульсных кодов zL с помощью N цифровых интеграторов с единкгчными биполярными приращениями.

0 Использование совокупности из N случайных (с положительной взаимной корреляцией) двоичных сигналов .(t) , k 1,N снижает дисперсию относительных значений прореженных число-им пульсных кодов на выходах элементов И.

На фиг.1 изображена структурная схема коррелометра; на фиг,2 - схема 0 интегратора} на фиг.З - временные диаграммы работы коррелометра.

Вероятностный коррелометр (фнг.1) содержит генератор 1 тактовых импульсов, первый 2 и второй 3 аналого-циф- 5 ровые преобразователи, блок 4 умножения, регистр 5 сдвига, первый 6 и второй 7 делители частоты, элементы И 8 элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9, интеграторы 10, элемент II задержки, генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 14 равновероятностных импульсов, счетчик 15, дешифратор 16 и элементы m И- ИЛИ 17.

Интегратор (фиг.2)содержит элемент И 18, элемент ЗАПРЕТ 19, реверсивный счетчик 20, группу 21 элементов ИСКЛЮЧАКНЦЕЕ ИЛИ, регистр 22 и элемент 23 задержки.

Блок 4 умножения представляет собой преобразователь двочный код - число импульсов.

Каждый элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ группы 9 является типовым логическим элементом с функцией инстиннос- ти и х X V х Xj.

Генератор 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 рабо- .тает следующим образом.

Рассмотрим случай определения взаимной корреляционной функции двух центрированных процессов X (t), y(t) , подаваемь1х: на информационные входы первого 2 н второго 3 аналого- цифровых преобразователей. При оценке автокорреляционной функции процесса (t) 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 x(t) и y{t) в соответствии с выражениями:

К k .х n-k+l ,

k fTN, n 0,1,2,..., К vv k у nj-x n-k+i ,

(1)

k 1,N, n 0,1,2,.. В формулах (t) и (2) x У -{m+1)-разрядные цифровые отсчеты случайных процессов x(t) и y(t), вырабатываемые первым 2 и вторым 3 .

.

аналоге-цнфропыми преобразователями (А1Щ) в дискретные моменты

г т Ml

п п------ n dt,

определяемые импульсами с выхода первого 6 (с коэффициентом И) делителя частоты тактовых импульсов генератора 1 (фиг.За), При этом (т+1)-й

Q разряд цифровых отсчетов yfnj является энакопым.

За время N 4t,являющееся временем переходного режима, регистр 5 запол- няется N цифровыми отсчетами х п,

15 п I,N. В дальнейшем прием новых (N+1), (N+2)-ro и т.д. цифровых отсчетов приводит к потере (сбросу) 1,2-го и т.д. отсчетов. Поэтому ра- боту коррелометра , будем рассматривать

20 .в установившемся режиме, т.е. спустя : N тактов с момента его включения. С помощью блока 4 т-разрядньй модуль текущего цифрового отсчета 1у вырабатьшаемый вторым АЦП,

25 преобразуется в число-импульсный код ZP (фиг.З б), размещенный на интервале it выборок. Код 2 поступает на первые входы элементов И группы 8. Отметим, что на вход блока 4 умноже30 ния за интервал it поступает М J . , j 1,2... №4пульсов, под действием которых счетчик-распреде ли- тель, входящий в состав блока. 4, делает Y полных оборотов. По этой при25 чине методическая ошибка представления модуля цифровых отсчетов |у пН число-импульсным кодом равна нулю.

Модули цифровых отсчетов ) х n-k + 1, k 1 ,N представляются в внде

40 случайных двоичных сигналов JtCt) с непрерывным временем следующим образом.

С выхода генератора 12 случайный 45 поток импульсов с интенсивностью , Г уЧерез постоянно открытый (в отсутствие импульсов число-импульсного кода 2„) элемент ЗАПРЕТ 13 поступает на вход генератора 14. Послед- 50 НИИ формирует два независимых потока несовместных случайных событий (импульсов) , происходящих с вероятностями Р q 0,5, на каждый импульс, запроса, поступающий на его вход. 55 Вероятности P(k)(q(h)) событий заключающихся в том, что на первом (втором) выходах генератора 14 появится группа из k(h) импульсов подряд определяется следующим образом:

5

10

P(k) q . (1/2); k 1,2...; q(h) . p.qk- (i/2) , h 1,2...

(3) 5

Счетчик 15 подсчитывает импульсы потока с первого выхода генератора 14 на интервалах между импульсами потока с второго выхода генератора 14.

С учетом стационарности потока импульсов генератора 12 и соотношений (3) распределение относительных продолжительностей пребьшания счет- . чика 15 в соостояниях k 0,1,2,... m-1 совпадает с симметригчным геометрическим распределением вероятностей

Р - (1/2) , k 0,l,2...m-l. g

Состояния k 0,1,2,...,m-1 счетчика 15 отображаются присуствием сигнала единичного уровня на соответствующем (k+l)-M выходе дешифратора 16.

В результате этого на m выходах 5 дешифратора 16 формируются неперекрывающиеся (ортогональные ) случайные двоичные сигналы n(t), k 0,m-l с йепрерьшным временем и коэффициентами заполнения Kj Р (1) (1/2) ; 30 k - 0,m-.

Двоичные сигналы ) поступают иа первую. группу входов всех N эле- меитов m группы 17.

В соответствии с двоичным кодом 35 Xjf модуля цифрового отсчета х (n-k+ 1 1 ,N,поступающим с Р-го выхода регистра 5 на вторую группу входов k-ro элемента m И-Ш1Й группы 17, в последнем будут открыты те 40 элементы И, которым соответствуют разряды двоичного сода х а , а,...,а, а- е 0,1, содержащие еди- ни1(ы. Путем объединения (с помощью элемента ИЛИ ) двоичных сигналов с вы- 45 ходог открытых элементов И на выходе К-го элемента m И-Ш1И формируется случайный двоичный сигнал (t) с параметром P)t(l) .

Двоичный сигнал Ч,М (фиг. поступает на второй вход k-ro элемента И 8 группы и обеспечивает прореживание число-импульсного кода 2 С У Г) с вероятностью Р(О. Математическое ожидание числа импульсов кода z|, (фиг.З г), которые пройдут иа выход k-ro элемента И 8 группы, а следовательно - на,вход

10

.;

5

. 216

,k-ro цифрового интегратора 10 группы, составит

М 7. 1у nil .1 X n-k+l -2 :

Для исключения дробления .импульсов элементами И 8 группы слу- , жит элемент ЗАЛРЕТ, отключающий на время действия каждого импульса генератор.

Знаки цифровых отсчетов у п и x n-k-i-l в виде двух уровней: 1 (плюс), О (минус) поступают на входы k-ro элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 группы с функцией истинности U . V , из которой следует

1, если х х

и.

О, если Xj,

g

5 0

5 0 5

0

5

Результат U перемножения знаков , Хл/, поступает на знаковый вход k-ro интегратора 10 группы, который выполняет алгебраическое суммирование прореженных число-импульсных кодов г за интервал усреднения, определяемый коэффициентом М. деления второго 7 делителя частоты.

Работа каждого интегратора J О группы состоит в следующем. При U j 1 (одинаковых знаках сомножителей ) мот дуль I, у . в виде прореженного число-импульсного кода через открытый элемент И 18 - k проходит на суммирующий вход реверсивного счетчика 20-k. При Ut О ( знаках сомножителей) код z через открытый элемент ЗАПРЕТ 19 проходит на вычитающий вход реверсивного счетчика 20-k. Емкость реверсивного счетчика 20-k должна быть помимо дополнительного (п+1)-го старще- го разряда, выполняющего роль знакового разряда k-й ординаты оцениваемой корреляционной функции.

Если к окончанию интервала усреднения Mj 4t (п+1)-й разряд реверсивного счетчика 20-k окажется в нулевом (единичном ) состоянии а 0(1), то k-я ордината корреляционной функции имеет знак плюс (минус), а модуль ее, отображаемый состояниями п остальных разрядов реверсивного счетчика 20-k, будет представлен в прямом (дополнительном) двоичном коде.

Для преобразования дополнительного кода в прямой служит группа 2I-k элементов ИСКЛШАКЦЕЕ ИЛИ с функцией ис- ттшостк и х Xj V х Xj.HpH а,,,

1 на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ группы 2 i поступает единица, т.е. X 1 иО х 1 V х, откуда следует, что состояние младших п разрядов реверсивного i счетчика 20-k передаются в регистр 22-k с инверсией, что практически эквивалентно операции перевода дополнительного кода X. в прямой х, так как х х. + 1, здесь черта означает инверсию. При а.„,, О,

О, а и

О V

1

1 что

. . jc, откуда следует, состояния младших п разрядов реверсивного счетчика 20-k передаются в регистр 22-k без изменения

Каждый импульс с выхода второго 7 делителя определяет начало нового интервала М- t усреднения Mj произведений У; п X ; п - k + ; k J 1 .М, .Воздействуя на входы считьшания интеграторов IО группы, этот импульс фиксирует значения N ординат оцениваемой корреля- ционной функции К, k (Kyfk ) в регистрах 22-k памяти на время интервала усреднения.

В дальнейшем работа вероятностнь- го коррелометра повторяется на оче- редном интервале усреднения.

Формула изобретения

I. Вероятностный коррелометр, со- держащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и два делителя частоты, генератор случайных импульсов, счетчик, первый аналого-цифровой преобразователь, инфор- мационный вход которого является первым информационным входом коррелометра, N (га+1)-разрядный регистр сдвига (N - количество обрабатываемых двоичных отсчетов, натуральное число, m - разрядность модуля двоичных цифровых отсчетов), информационный вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, N элементов И, N интег- раторов, информационные входы каждого из которых соединены с выходом соответствующего элемента И, выходы интеграторов являются выходами значений соответствующих ординат кор- реляционной функции коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй аналого-цифровой пре

5

0

5

0

5 0 5 0 5

образователь информационный вход которого является вторым информацион- Hbw входом коррелометра, элемент задержки, блок умножения, элемент ЗАЛРЕТ, дешифратор, генератор равновероятностных импульсов, N элементов m И-ИЛИ и N элементов равнозначности, выходы которых соединены со знаковыми входами соответствующих интеграторов, выход первого делителя частоты соединен с тактовыми входами обоих аналого-цифровых преобразователей и через элемент задержки - с тактовым входом N(m+l)-разрядного регистра сдвига, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответ- ствукщих элементов И-ИЖ группы, вторые входы которых соединены с выходом дешифратора, выход второго аналого- цифрового 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 первого потока случайных импульсов которого соединен со счетным входом счетчика, выход второго потока случайных импульсов соединен с входом сброса счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора выходы элементов m И-ИЛИ соединены соответственно с вторыми входами элементов И, выходы знаковых разрядов N(m+l)-разрядного регистра сдвига соединены соответственно с первыми входами элементов равнозначности, вторые входы которых соединены со знаковым выходом второго аналого- цифрового преобразователя,выход делителя частоты соединен с тактовыми входами интеграторов.

2. Коррелометр по п.i, о т л и - чающийся тем, что каждый интегратор содержит элемент И, элемент ЗАПРЕТ, ()-разрядный ревер- сивный счетчик (п - разрядность модуля ординат корреляционной функции), п элементов ИСКЛЮЧАЮОЩЕ ИЛИ, элемент задержки и (п+1)-разрядный регистр, выход которого является выходом интегратора, первые входы элемента И и элемента ЗАПРЕТ являются ин91

форма ционным входом интегратора, вторые входы элемента И и элемента ЗАПРЕТ являются знаковым входом интегратора, вьпсоды элемента И и элемента ЗАПРЕТ соединены соответственно с суммирумщим и вычитающим входами (n+l)- разрядного реверсивного счет- мика, вход установки которого соединен с выходом элемента задержки, вход которогб соединен с входом записи (n-t-l)-разрядного регистра и явля- ется тактовым входом интегратора.

фиб-3

Составитель Е.Ефимова Редактор М.Бандура Техред И.Попович

Заказ 3391/46 Тираж 672Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

2

10

выход i-го (. i 1 ,п) разряда (п+1)-разрядного реверсивного счетчика соединен с первым входом - -го элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которогб соединен с входом L -го разряда (п+1)- разрядного регистра, старший ()-fl разряд (п+1)разрядного реверсивного счетчика соединен с вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к входу знакового разряда (п+1)-разрядного регистра, выход которого является выходом интегратора.

Корректор И.Муска

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 П, генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 14 равновероятностных импульсов, счетчик 15, дешифратор 16 и элементы m И- ИЛИ 17. Перемножение N пар цифровых отсчетов, вырабатываемых первым и вторым аналого-цифровьми преобразователями, основано на вероятностном прореживании число-импульсных кодов и реализуется с использованием группы из N элементов И. На объединен- первые входы элементов И группы с выхода блока 4, управляемого двокчньм кодом цифрового отсчета у Сп , поступает число-импульсный .код Z f, у п ,размещенный на интервале М, At выборок, заданном делителем 6 с коэффициентом деления М, частоты F импульсов генератора I. На вторые входы элементов И группы поступают соответственно случайные двоичные сигналы .(t); k 1.N с i СО ю s| ю