Вероятностный спектрокоррелятор Советский патент 1979 года по МПК G06F17/15 

жит дополнительно первый и второй вентили, счетчик шага квантования, сумматор, блок ностоянной памяти и блок синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, первый выход - к управляющим входам первого, второго и третьего блоков вероятностного округления, счетчика niara квантования, первого и второго вентилей, второй выход- к нервому входу блока постоянной намяти, второй вход которого соединен с выходом цифрового интегратора, а выход-с входом сумматора, выход которого подключен к второму входу первого регистра, третий вход которого подключен к выходу первого вентиля, второй вход которого соединен с выходом первого блока вероятностного округления, второй вход второго вентиля подключен к выходу второго блока вероятностного округления, а выход второго вентиля - к входу третьего регистра.

На чертеже показана структурная схема вероятностного спектрокоррелятора.

Спектрокоррелятор содержит блоки 1-4 вероятностного округления с переменным числом разрядов, регистры 5-7, генератор 8 случайных чисел, блок 9 сдвигаюгцих регистров, блок 10 постоянной памяти, блок 11 однотактного умножения, цифровой интегратор 12, вентили 13 и 14, счетчик 15 шага квантования и блок 16 синхронизации режимов.

Блок 10 постоянной намяти используется в качестве генератора «корреляционного окна и гармонических функций, а также для хранения значений функций г и в качестве микропрограммного устройства управления.

Вычисление автокорреляционных функций производится по формуле

JV-t

.v(. 0, 1,..., m-l

i i

где N - длина обрабатываемого ряда чисел, , N; т - количество вычисляемых ординат

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

т значений действительной части функции спектральной плотности вычисляется по формуле

m-I

S:,(Р) - -У, 3/5;/,(/). COS - 1р- (2)

т

1-0

р -Q, 1, 2..., т- 1 So --- 8« - , S/ 1 при /., т (3)

Функций BI называется функцией «корреляционного окна, вид ее выбирается в ависимости от вида корреляционной функции.

Вычисление безусловной энтропии Я (Л ) на один отсчет случайной последовательности независимых отсчетов пр01 зводится по формуле

H(X)..log,Pj + a,,, (4)

/--I

где PJ - вероятность /-го состояния квантованного по уровню случайного отсчета yft, вычисляемая KaKPj - -,

где rij - число /-ЫХ состояний в выборке

объема N;

По - выбранное фиксированное число возможных состояний (градаций); п - число возможных состояний (градаций);

а„ - поправочный коэффициент, учитываюш,ий отличие фактического числа градаций п от фиксированного числа градаций По, вычисляемых как

-

о

Для вычисления статистических характеристик в блок 9 сдвигающих регистров записываются первые т чисел, затем п-разрядные двоичные числа подаются на поразрядный блок 2, где стохастическим методом округляются на п-(ло+1) разрядов, и через вентиль 14 и регистр 6 поступают на вход блока 9. Таким образом записываются т первых чисел массива информации за т рабочих тактов.

При вычислении- математического ожидания и корреляционной функции первое число с блока 9 заносится на регистр 5 и через блок 3 в первом такте поступает в интегратор 12. Производится синхронный сдвиг на блоке 9 и интеграторе и второе значение числа заносится в регистр 7. Первое число из регистра 5 через блок 3 и второе число через блок 4, округленньш до г двоичных разрядов, поступают на блок 11

умножения и результат заносится в интегратор 12, что повторяется т раз. Цикл вычислений повторяется в зависимости от требуемой точности вычислений и массива чисел.

При возведении математического ожидания в квадрат значение математического ожидания, находящееся в последних разрядах интегратора 12, подается на блоки 1 и 2, затем через вентили 13 и 14, регистры 5

и 6 и через блоки 3 и 4 на блок 11, после чего результат занисывается в интегратор. Этот процесс повторяется многократно, причем количество повторений определяется требуемой точностью вычисления математического ожидания.

Для вУчислейий квадрата математйЧё ского ожидания из значений корреляционной функции коды, пропорциональные квадрату математического ожидания, через блок 1 и вентиль 13 поступают на регистр 5 и через блок 3 - на интегратор 12, 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 блоке 10 постоянной памяти (запоминающем устройстве), сумматоре 17 и поступает в регистр 5. Значение корреляционной функции подается через блок 2, вентиль 14 и регистр 6 в блок 9, в регистр 7 и через блок 4 - на блок 11 умножения. На другой вход блока умножения поступают значения «корреляционного окна. Результат умножения записывается в интегратор 12. Так происходит т раз со всеми значениями корреляционной функции.

При вычислении спектральной плотности значения Cosaj подаются через блок 10 и сумматор 17 на регистр 5 и через блок 3 - в блок 11. Значение корреляционной функции через регистр 7 поступает на другой вход блока 11. Результаты умножения записываются последовательно в интегратор 12. Многократность повторения при умножении на одну точку корреляционной функции значения косинуса определяется точностью вычислений. Затем вырабатываются значения Cos 2xi и процесс повторяется с умножением на вторую ординату корреляционной функции. Так происходит т раз. Данный цикл вычислений производится за 2/п рабочих тактов.

Следует отметить, что для вышеприведенных вычислений блок 16 синхронизации режимов подключает генератор 8 случайных чисел к блокам 1-4 и разрешает работу вентилей 13 и 14.

Для вычисления безусловной энтропии Н (X) или Я (У) блок 16 синхронизации режимов отключает от блоков 1 и 2 генератор 8 случайных чисел, подключает к этим блокам счетчик 15 шага квантования и запреш,ает срабатывание вентилей 13 и 14. При вычислении энтропии вероятности оцениваются как частоты попадания значений отсчетов в соответствующие амплитудные интервалы в выборочном массиве. С помощью блоков 1 и 2 и счетчика 15 шага квантования определяем номера амплитудного интервала, значения которых заносятся в интегратор 12, где подсчитывается число отсчетов, «попавших в интервал, и, следовательно, при выборе объема выборки N 2, , 2, ..., т. е. сведения операции деления к переносу запятой при определении вероятностей pj.

Далее по найденным значениям вероятностей, которые служат адресом для блока

10 постоянной памяти, получаются значения TI -pjlog2pj. Затем в сумматоре 17 производится суммирование значений т), выбранных из блока 10 по адресам, определяемым содержимым ячеек «, интегратора 12, с соответствующим поправочным коэффициентом йп, значения которых хранятся в блоке 10 постоянной памяти.

Формула изобретения

Вероятностный спектрокоррелятор, содержащий генератор случайных чисел, четыре блока вероятностного округления, первые входы первого и второго блока вероятностного округления подключены соответственно к первому и второму входам спектрокоррелятора, первые входы третьего и четвертого блоков вероятностного округления соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, второй вход

четвертого блока вероятностного округления соединен с выходом третьего регистра, подключенным к входу блока сдвигающих регистров, охваченного обратной связью, выходы блока сдвигающих регистров соединены с первыми входами первого и второго регистров, выходы третьего и четвертого блоков вероятностного округления соединены соответственно с первым и вторым входами блока однотактного умножения и

с первым и вторым входами цифрового интегратора, третий вход которого подключен к выходам первого и второго блоков вероятностного округления, а четвертый - к выходу блока однотактного умножения, который соединен с вторыми входами первого и второго блоков вероятностного округления, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит первый и

второй вентили, счетчик шага квантования, сумматор, блок постоянной памяти и блок синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, первый выход - к управляющим входам первого, второго и третьего блоков вероятностного округления, счетчика шага квантования, первого и второго вентилей, второй выход - к первому входу блока постоянной памяти, второй вход которого соединен

с выходом цифрового интегратора, а выход - с входом сумматора, выход которого подключен к второму входу первого регистра, третий вход которого подключен к выходу первого вентиля, второй вход которого

соединен с выходом первого блока вероятностного округления, второй вход второго вентиля подключен к выходу второго блока вероятностного округления, а выход второго вентиля - к входу третьего регистра.

7

Источники информации, принятые во внимание ири эксиертизе

1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., «Энергия, 1974, с. 261-265.

2. Авторское свидетельство СССР № 432509, кл. G 06F 15/34, 1974.