Вероятностный спектрокоррелятор Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для вычисления математического ожидания, диспер- сии, авто- и взаимокорреляционных функций, спектральной плотности и условной энтропии любого из двух случайных процессов с зависимыми отчетами в реальном времени и может применяться во многих областях науки и техники (ядерная физика, гидрометеорология, геофизика. Электроника, медицина и др.). где исследуемые процессы носят случайный характер.

Известен вероятностный спектрокоррелятор, содержащий четьфе блока вероятностного округления, два из которых подключены к источникам исследуемых сигналов, вход третьего блока подключен к первому регистру, а выход - к блску оцнотактного умножения и к многоканальному цифровому интегратору, входы четвертого блока вероятностного округления соединены со вторым и третьим регистрами соответственно, а выход - с вторым

ВХОДОМ блсжа однотактного умножения и с многоканальным цифровым интегратором, генератор гармонических функций и KoppensfflHOHHoro окна , соединешагй с первым регистром, второй регистр, блок сдвигающих регистров, выход которого подключен к его входу, третий регистр, блок однотактного умножения, подключенный кцифровому интегратору, генератор случайных чисел и микропрограм10мньй блок управления 1Q .

Недостатки спектрокоррелятора - ограниченные функциональные возможности.

Известен также вероятностный спектрокоррелятор, позволяющий проводить

15 вычисление безусловной энтропии любого из двух случайных процессов, который содержит первый и второй блоки вероятностного округления, первые входы которых являются с.оответствзгющими входами

20 устройства, вторые входы подключены к первому и второму выходам счетчика шага квантования, третий и четвертый блоки вероятностного округления, информаци7онные входы которых соединены соответс венно с выходами первого и второго регистров, информационные входы которых соединены с выходам блсяса сдвигающих регистров охваченного обратной связью и подключенного входом к выходу третье го регистра, выход которого соединен с управляющим входом четвертого блока вероятностного округления, выход которого подключен к первому входу бло1са о нотактного умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока вероятностного округления, блок постоянной памяти, первый вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, выход блока постоянной памяти соединен со вхо дом сумматора, выход которого подклю чен ко второму входу первого регистра Недостаток спектрокоррелятора - труд ность вычисления условной энтропии, что существенно сужает его функциональные возможности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей вероятностного спектрокоррелятора. Цель достигается тем, что он дополнительно содержит блок оперативной паMJJTH: дешифратор, регистры старшего и младшего разрядов адреса и блок распределения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и вто рого блоков вероятностного округления и ко второму выходу блока синхрониза-. ции, а выходы соответственно к .третьим входам первого и второго блоков вероятностного округления, к входу третьего регистра, к третьему входу первого реги стра, ко входу счетчика шага квантования, ко входам регистров старшего и мл шего разрядов адреса, выходы которых через дешифратор соединены с одним входом охваченного обратной связью бло оперативной памяти, другие входы которо го подключены соответственно к выходам третьего и четвертого блоков вероятностного округления, к выходу блока однотактного умножения, выходы блока- оперативной памяти подключены ко вт рому входу блока постоянной памяти и к четвертым входам первого и второго блокрв вероятностного округления. На чертеже представлен вероятностный спектрокоррелятор. Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 блсжи 34 вероятностного округления с переменным числом разрядов, при этом первые входы блоков 1 и 2 вероятностного округления подключены к источникам исследуемых сигналов У (О и X{t) . Информационные входы блоков 3 и 4 соединены соответственно с выходами первого 5 и второго 6 регистров. В устройстве используется третий регистр 7 и генератор случайных чисел 8. Информацион.нЫе входы -регистров 5 и 6 соединены с выходом блока 9 сдвигающих регистров охваченного обратной связью и подключенного входом к выходу третьего регистра 7, выход которого соединен с управляющим входом блока 4 вероятностного округления. Устройство содержит также блок 10 постоянной памяти. Выход блока 4 пошшючен к первому входу блока 11 однотактного умножения. Второй вход блока 11 соедш1ен с выходом третьего блока 3 вероятностного округления. В устройство введены блок оперативной памяти 12, блок 13 распределения, счетчик 14 шага квантования, регистры старшего 15 и младшего разрядов 16 и дещифратор 17. Блок 10 постоянной памяти первый вход которого соединен с первым выходом блока 18 синхронизации, а выход - со входом сумматора 19, предназначен для использования в качестве генератора корреляционного окна и гармонических функций, а тшсже для хранения значений функций Г} - Р И в качестве микропрограммного устройства управления. Выход генератора 8 случайных чисел подключен к входу блока 18 синхронизации, а второй вход первого 5 регистра соединен с выходом сумматора 19. При этом блок 13 распределения, входы которого подключены соответственно к выходам первого 1 и второго 2 блоков вероятностного округления и ко второму выходу блока 18 синхронй:зации, подключен к третьим входам 1 и, 2 блоков вероятностного округления, -к входу третьего регистра 7, К третьему входу первого регистра 5, ко входу счетчика 14 шага квантования, ко входам регистров старшего 15 и младшего 16 разрядов адреса, выходы которых через дешифратор 17 соединены с одним из входов блока 12 оперативной памяти, охваченного обратной связью, другие входы которого подключены соответственно к выходам блоков 3 и 4 вероятностного округления и к выходу блока 11 однотактного умножения а вы57ходы блсжа 12 оперативной памяти подключены соответственно ко второму входу блока 10 постоянной памяти и к четвёртым входам блсжов 1 и 2 вероятност ного окрзггления. Отчисление автокорреляшюнных функций производится по формуле е-0;дЯ,...,т- А , i V V J . где М -длина обрабатываемого ряда чи сел, .т-.-количество вычисляемых точек корреляционной функции. Вычисление спектральной плотности основано на применении Фурье-преобразования к вычисленной предварительно корреляционной функции. т значений действительной части Фун ,„ ции спектральной плотности вычисляется по формуле (P)). P 0,A,2,... о- гл i - Функция Bf называется функцией корреляционного окна, вид ее выбирается в зависимости от вида корреляционной функции. Вычисление условий энтропии Н{х/у) на один счет случайной последовательности с зависимыми отчетами производится по формуле По По H(x/v) -. 2.P,eog Pj+an, где V, X - предшествующий и последующий отсчеты, PJV - вероятности принятия соседними отчетами V, X соот ветственно j -го и | -го состояний; Пд- выбранное фиксированное чис ло возможных состояний (градаций); П - число возможных состояний (градаций;); О - поправочный коэффициент, учитывающий отличие фактического числа градаций VTi- о фиксир о ванного числа градаций г , вычисляемый как o.,-eog,S, Для вычисления статистических харак теристик в блек 9 сдвигающих регистров ,3 записываются первые m чисел, затем rV разрядные двоичные числа подаются на Пд- разрядный блок 2, где стохастическим методом округляются на п -() разрядов, и через блок 13, третий регистр 7 поступают на вход , блока 9. Таким образом записываются m первых чисел массива информации за m рабочих тактов. При вычислении математического ожидания и корреляционной функции первое число с блока 9 заносится на первый регистр 5 и через блок 3 в.первом такте поступает в блок 12. Производится синхронный сдвиг на блоках 9 и 12 и второе значение числа заносится во второй 6 регистр. Первое число из регистра 5 через блок 3 и второе число через блок 4 округленные до ft двоичных разрядов, i поступают на блок 11 умножения и результат заносится в блек 12 оперативной памяти, что повторяется m раз. Цикл вычислений повторяется в зависимости от требуемой точности вычислений и массива чисел. При возведении математического текидания в квадрат значение математичес-;кого ожидания, находящееся в последних разрядах блока 12 подается на блоки 1 и 2, затем через блок 13,регистры 5 и 6 и через блоки 3 и 4 на блок 11, после чего результат записывается в блок 12 оперативной памяти. Этот процесс повторяется многократно, причем количество повторений определяется требуемой точностью вычисления математического ожидания. Для вычисления квадрата математического ожидания из значений корреляционной функции .коды, пропорциональные квадрату математического ожидания, через блоки 1 и- 13 поступают на регистр 5 и через блок 3 - на блок 12, где вероятностно вычитаются из m значений точек корреляционной функции. Затем снова значение m 1 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 Ю постоянной памяти и сумматоре 19, а затем поступает в регистр 5. Значение корреляционной функции подается через блоки 2,13 . и регистр 6 в блок 9, в регистр 7 и через блсж 4 на блок 11 однотактного умйожения. На другой вход блока умножения поступают значения корреляционного окна. Результат умножения записывается в блоке 12 оперативной памяти. Так происходит пп раз со всеми значениями корреляционной функции. При вычислении спектральной плотности значения cos Ok . .подаются через блоки 10 и 1& 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 блок 12. Многократность повторе-, ния при умножении на одну точку корреляционной функции значения косинуса определяется точностью вычислений. Затем вырабатываются значения cos 2 сА и процесс пов.торяется с умножением на вторую ординату корреляционной функции. Так происходит m раз. Данный цикл вычислений производится за 2т рабочих тактов. Для вычисления условной энтропии ц(-х. с помощью блока 18 синхронизации и блока 13 (распределительного отключается от блоков 1 и 2 вероятност ного округления генератор случайных чисел 8 и подключается счетчик 14 шага квантования. Счетчик шага квантования 14, подключений к блокам 1 и 2, определяет число .градаций, содержа.щихся в паре отсчетов лл и т. д. С помощью блока 13 (распределительного) в соответствии с числом определенной градации устанавливается код адреса на регистрах 15 старшего и 16 младшего разрядов адреса. При этом .регистр 15 старшего разряда соответствует номеру зоны, определяемой по первом отсчету из совокупности двух отсчетов и являющейся функцией от числа градаций ( , содержащихся в данном отсчете а регистр 16 младшего разряда соответ вует номере ячейки блока 12 оперативной памяти внутри зоны, определяемой по второму отсчету и равной числу градаций J , содержащихся во втором отсчете. Затем код адреса деши(|руется в блоке 17 и поступает на вход блока 12 Для подсчета количества отсчетов (Kj; или К , }, попавших в соответствующую ячейку блока 12, используется счетчик, расположенный в блоке 12, который уве личивает содержимое этой ячейки на еди ницу. Величины К, и К-j служат аргументами фу1ш:ций г -PtooJP. значения .которых хранятся в блоке 10 постоянной памяти. Далее вычисление условной энтропии сводится к суммированию в блоке 19 значений г| , считанных из блока 10 по адресам, определяемым содержимым ячеек Kj и Kj, блока 12, с соответствующим поправочным коэффициентом csj, значения которых также хранятся в блоке 10 постоянной памяти. Форм, ула изобретения Вероятностный спектрокоррелятор, содержащий первый и второй блоки вероятностного округления, первые входы которых являются соответствующими входами устройства, вторые входы подключеньг к первому и второму выходам счетчика шага квантования, третий и четвертый блоки вероятностного округления. информационные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго регистров, информационные, входы которых соединены с выходом блика сдвигающих регистров, охваченного обратной связью и подключенного входом к выходу третьего регистра, выход которого соединен с управляющим входом четвертого блока вероятностного округления, выход которого подключен к первому входу блока однотактного умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока вероятностного округления, бдок постоянной памяти, первый вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, выход блока постоянной памяти соединен со входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого регистра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, вероятностный спектрокоррелятор дополнительно содержит блок оперативной памяти, дешифратор, регистры старшего и младшего разрядов адреса н блок распределения, входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков вероятностного округления и ко второму выходу блсяса синхронизации, а выходы соответственно к третьим входам первого и второго блоков вероятностного округления, к входу третьего регистра, ктретьему входу первого регистра, ко входу счетчика шага квантования, ко входам регистров старшего и младшего разрядов адреса, вы ходы которых через дешифратор соедине.ны с оданм входом охваченного обратной связью блока оперативной памяти, другие входы которого подключены соответственно к выходам третьего и четвертого блсков вероятностного округления к выходу блсжа однотактного умножения выходы блока оператавной памяти подключены соответственно ко второму входу блока постоянной памяти и к четвертым входам первого и второго блоков вероятностного округления. 73 10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1,Авторское свидетельство СССР Nb 432509, кл. G 06 F 15/34, 1974. 2.Авторское сш1детельство СССР по заявке № 2148125/24, кл. Q Об F 15/34, .1975.