ВЕРОЯТНОСТНЫЙ СПЕКТРОКОРРЕЛЯТОР Советский патент 1974 года по МПК G06F17/18 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники. Спектрокоррелятор иредназначен для вычислений математического ожидания дисперсии, авто- и взаимокоррелядионных функций и спектральной плотности в реальном масштабе времени и может найти применение практически во многих областях науки и техники (ядерная физика, гидрометеорология, радиостроение, медицина, электроника и др.), где исследуемые процессы носят случайный характер.

Известны вероятностные спектрокорреляторы, содержащие регистры, блоки вероятностного умножения, цифровые интеграторы, приборы для вычисления в реальном маештабе времени статистических характеристик. Такие спектрокорреляторы имеют недостаточное быстродействие, не могут работать в режиме грубо-точных измерений, имеют регулируемые и подбираемые элементы и большую структурную избыточность, дороги.

Цель изобретения - создание малогабаритного прибора, позволяюш;его в реальном масштабе времени (время исчисляется секундами) и с требуемой точностью получить статисгические характеристики исследуемого случайного процесса.

Проблема оперативной обработки статистической информации в настоящее время весьма актуальна, так как вынужденное накопление больщих объемов исходных данных неред статистической обработкой невыгодно экономически, a в ряде случаев задержка в обработке последних может обесценить их значение. В этой связи применение вероятностных быстродействующих спецпроцессов имеет существенное преимущество перед использованием для статистического анализа универсальных ЭВМ.

Сущность изобретения заключается в том, что с целью повышения быстродействия и сокращения оборудования выходы двух блоков вероятностного округления соединены с приемными регистрами, выходы одного из регистров связаны через третий блок вероятностного округления с одним входом блока однотакгного умножения и входом многоканального цифрового интегратора со стековой организацией, выходы другого регистра соединены с входом блока сдвигающих регистров и входом четвертого блока вероятностного округления, выход которого подключен к другому входу блока однотактного умножения и входу многоканального цифрового интегратора. Выход блока сдвигающих регистров соединен со своим входом, выход многоканального цифрового интегратора подключен к входу двух первых блоков вероятностного округления, выход генератора гармонических колебаний соединен с входом одного из приемных регистров.

Ha чертеже показана структурная схема предлагаемого вероятностного экспресс-спектрокоррелятора.

Спектрокоррелятор содержит блоки 1-4 вероятностного округления с переменным числом разрядов, приемные регистры 5, 6 и 7, генератор 8 случайных чисел, блок 9 сдвигающих регистров, микропрограммные блоки 10 управления, генератор 11 «корреляционного окна и гармонических функций, блок 12 однотактного умножения и многоканальный цифровой интегратор 13 со стековой организацией.

Вычисление автокорреляционных функций производится по формуле

N-e

RX(

где Л - длина обрабатываемого ряда чисел, е - количество вычисляемых корреляционных функций.

Вычисление спектральной плотности осяоьано на применении Фурье-преобразования к вычисленной предварительно корреляционной функции.

т значений действительной части функции спектральной плотности вычисляется по формуле

5, А ./ соз-г-у, т j(j 1 J I щ

г : О, 1, 2,..., « - 1, 0 S, -; 8у - 1 при у 7 О, т

Функция Я; называется функцией «корреляционного окна, вид ее выбирается в зависимости от вида корреляционной функции.

Для вычисления статистических характеристик вначале в блок 9 сдвигающих регистров записываются первые т чисел, зате.м разрядные двоичные числа подаются на (/Рэзрядный блок 2, где стохастическим методом округляются до р - +1 разрядов, и через регистр 6 поступают на вход блока 9. Таким образом записываются т первых чисел массива информации за т /рабочих (сдвигов).

При вычислении математического ожидания и корреляционной функции первое число с блока 9 заносится на регистр 5 и через блок 3 в нервом такте поступает в интегратор 13. Производится синхронный сдвиг на блоке 9 и интеграторе и второе значение числа заносится в регистр 7. Первое число из регисгра 5 через блок 3 и второе число через блок 4, округленные до г двоичных разрядов, поступают на блок 12 умножения и результат заносится в интегратор 13. Так продолжается т раз. Данный цикл вычислений повторяется в зависимости от требуемой точности вычислений и массива чисел.

При возведении математического ожидания в квадрат значение математического ожида432509

ния, находящееся к третьему этапу в последних разрядах интегратора 13, подается на блоки 1 и 2, затем регистры 5 и 6 и через блоки 3 и 4 на блок 12, после чего результат записывается в интегратор. Этот процесс повторяется многократно, причем количество повторений определяется требуемой точностью вычислений математического ожидания. Для вычитания квадрата математического

ожидания из значений корреляционной функции коды, пропорциональные квадрату .математического ожидания, через блок 1 поступают на регистр 5 и через блок 3-на интегратор 13, где вероятностно вычитаются из т

значений точек корреляционной функции. Затем снова значение т заносится на регистр 5 и процесс повторяется. Вычисления производятся столько раз, сколько требует точность вычислений данных значений.

Для умножения корреляционной функции на «корреляционное окно последнее, например окно Бартлета, Парзена, Тьюки, формируется в генераторе 11 и поступает в регистр 5.

Значение корреляционной функции подается через блок 2 и регистр 6 в блок 9, в регистр 7 и через блок 4 на блок 12 умножения. На другой вход блока умножения поступают значения «корреляционного окна. Результат

умножения записывается в интегратор 13. Так происходит т раз со всеми значения.ми корреляционной функции. Запись значений корреляционной функции через блок 2 в блок 9 занимает т рабочих тактов.

При вычислении спектральной плотности значения cos ссг подаются с генератора 11 на регистр 5 и через блок 3 в блок умножения. Значение корреляционной функции через регистр 7 поступает на другой вход блока 12.

Результаты умножения записываются последовательно в интегратор 13. Многократность повторения при умножении на одну точку корреляционной функции значения косинуса определяется точностью вычислений. Затем

вырабатываются значения cos 2 at и процесс повторяется с умножением на вторую ординату корреляционной функции. Так происходит т раз. Данный цикл вычислений производится за 2ш2 рабочих тактов.

На этом процесс вычисления заканчивается и данные могут быть выданы на печать. Если принять тактовую частоту работы устройства 1 мГц, то, например, RX(T. на 128 точек вычисляется за время: ,04 с для JV 128,

с для Л 16384. Полная статистическая обработка может быть выполнена за время Г -0,15 с для /V 128.

Предмет изобретения

Вероятностный Спектрокоррелятор, содержащий два блока вероятностного округления, подключенных к источникам исследуемых сигналов, генератор гармонических функций и «корреляционного окна, соединенный с первым регистром, второй регистр, блок сдвигающих регистров, выход которого подключен к его входу, третий регистр, блок однотактыого умножения, подключенный к многоканальному цифровому интегратору, генератор случайных чисел, микропрограммные блоки управления, отличающийся тем, что, с целью повышения его быстродействия, он дополнительно содержит третий и четвертый блоки вероятностного округления, вход третьего блока подключен к первому регистру, а выход- к блоку одпотактного умножения и к

многоканальному цифровому интегратору, входы четвертого блока вероятностного округления соединены с вторым « третьим регистрами соответственно, а выход - с вторым входом блока однотактного умнол :ения и с многоканальным цифровым интегратором, выходы которого подключены к вторым входам первого и второго блоков вероятностного округления, соединенных соответственно с первым и вторым регистрами, один из входов первого регистра подключен к выходу блока сдвигающих регистров.