Вероятностный коррелометр Советский патент 1981 года по МПК G06F17/15 

(54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР

1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения статистических характеристик случайных процессов и может найти применение в гидрометеорологии, автоматике, связи, биологии, медицине, радиоэлектронике и других областях науки и техники.

Известен вероятностный коррелометр, построенный на принципе вероятностного кодирования информации и обеспечивающий более эффективное вычисление статистических характеристик случайных процессов. Коррелометр содержит блок вероятностного округления, регистр числа, блок сранения, триггеры, блок накопительных счетчиков, генератор случайных чисел, блок вероятностного умножения И блок управления 1.

Недостатком устройства является низкая точность работы.

Известен также вероятностный коррелометр, который имеет более широкую сферу использования и может быть использован для статистической обработки нестационарных случайных процессов.

Коррелометр содержит сумматор, блок сравнения, блоки элементов И,

блок вероятностного умножения, блок памяти, блок управления, накапливающий регистр, многоразрядный сдвигаю-щий регистр, генератор случайных чисел, регистры 2,

Однако недостатком устройства является его сложность,

Цель изобретения - упрощение коррелометра, которая выражается в за0мене многоразрядного сдвигающего регистра одноразрядным, что приво-. дит к исключению ряда многоразрядных блоков элементов И и изменению связей между элементами устройства.

5 ; Указанная цель достигается тем, /что в вероятностном коррелометре, i содержащем шесть блоков элементов и, сдвигающий (регистр,выход которого соединен с его входом, сумматор,

0 первый вход ко;горого является входом коррелометра, второй и третий входы сумматора соединены соответственно с выходами первого и второго блоков элементов И, информационный вход первого) блока элементов И подключен к информационному выходу накапливающего регистра, информационный вход второго блока элементов И соединен с информационным выходом

0 регистра, вход которого соединен с

выходом третьего блока элементов И, информационный вход которого по.-:слючен к выходу накапливающего регистра, вход которого подключен к выход четвертого блока элементов И, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, генератор случайных чисел, выход которого соединен с первым входом блока сравнения а вход подключен к первому выходу блбка управления, второй выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу блока вероятностного умножения, выход сумматора соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого подключен ко входу сдвигающего регистра, выполненного одноразрядным, и к информационным входам пятого и шестого блоков элементов И, выходы которых подключены соответствено к первому и второму входам блока вероятностного умножения, управляющие входы первого, , третего и четвертого блоков элементов И соединены с третьим выходом блока управления, второй выход которог подключен .к управляющим входам пятого и шестого блоков элементов И.

На чертеже представлена блоксхема вероятностного коррелометра.

Вероятностный коррелометр содержит сумматор 1, блоки 2 и 3 элементов И, одноразрядный сдвигающий регистр 4, накапливающий регистр 5, блок 6 управления, блок 7 сравнения генератор 8 случайных чисел, блок

9вероятностного умножения, блок

10памяти, регистр 11, блоки 12-15 элементов И,

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы все блоки обнуляются в исходное (нулевое) положение. Значения Xj случайного процесса X(t) поступают на вход сумматора 1, где происходит их центрирование по текущему значению математического ожидания, хранящемуся, в регистре 11.

Центрированное значение Xj поступает на первый вход блока сравнения а на второй вход последнего поступа ет случайное число с генератора 8 случайных чисел. С выхода блока 7 С1Й1мается вероятностно-кодированное Xj , которое поступает через четвертый блок 13 элементов И на первый вход блока 9 вероятностного умножения. На второй вход блока в каждом из N тактов (где N - количество разрядов регистра 4, совпадающее с количеством ординат вычисляемой корреляционной функции) поступают блок 14 элементов И вероятностно-кодированные значения X f , X.,... X , хранящиеся в регистре 4 и поступающие с его выхода

при каждом из N сдвигов в течение одного цикла.

С выхода блока 9 произведения вероятностно-кодированных значений процесса поступают в блок 10 памяти в котором производится их суммирование по каждому из N каналов.

В каждом цикле обработки случайного числа X его центрированное значение складывается на сумматоре 1 с содержимым накапливающего регистра 5. Таким образом, к концу Ктого цикла в регистре 5 образуется сумма

, -iX

E % / - i --ii

где К -количество циклов (случайны чисел массив X(t)), по которым определяется текущее значение метематического ожидания;

m;- вычисленное в предыдущих К тактах значение математического ожидания; приращение (положительное

Hj или отрицательное) математического ожидания по К циклам от J-1 до j массива;

j-l;j- номера массивов Х- величиной К. . В конце К-того цикла блок 6 управления осуществляет последовательное включение блоков 2, 3, 12 и 13 элементов И таким образом, что приращение + т;- -, полученное в накапливающем регистре 5 по К циклам, алгебраически складывается с содержимым регистра 11. Перед началом очередных К циклов накапливающий регистр 5 обнуляется.

Величина К обычно принимается кратной 2 и равной N, так как в это случае удается наиболее легко синхронизировать работу детерминиррванной и стохастической (с точки зрения информации) частей устройств

При данной аппаратурной реализации вычисления корреляционной функции центрирование первых К ординат случайного процесса X(t) осуществляется по нулевым значениям т,, что однако при больших массивах случайных чисел существенного значения не имеет.

Упрощение коррелометра по сравнению с известным устройством достигнуто за счет того, что кодирование информации в вероятностную форму в предлагаемом устройстве осуществляется на более близком ко входу уровню, а именно, сразу же после центрирования X.

Именно это дало возможность pea- лизовать сдвигающий регистр в виде N триггеров, в каждом из которых хранится вероятностно-кодированное значение центрированного значения

входного сигнала, и, если считать, что входной процесс поступает на вход устройства в виде R-разрядных двоичных чисел (при однобайтовых Х - R 8), то количество триггеров в предлагаемом устройстве сокращается на N(R - 1) единиц, что составит, например, пр,и N 64 и R 8 более 400 триггеров. При этом без ущерба точности вычислений, исключается один из двух (содержащихся в известном устройстве) R-раэрядных блоков сравнения.

Одновременно и независимо от из менения структуры стохастической части в предлагаемом устройстве несколько изменен процесс вычислени текущего математического ожидания.

Последующее значение т.; определяется как сумма предыдущего ти разности которая на-ходится как сумма центрированных значений , деленная на К. Новая реализация позволила исключить из схемы устройства (R + Род2К)-разрядньай блок вентилей.

Необходимо здесь отметить, что указанные изменения не ухудшили быстродействия устройства (по сравнению с известным) в связи с .тем, что детерминированная и стохастическая части работают практически параллельно, а период работы стохастической части устройства примерно в N раз больше периода его детер -минированной части.

Формула изобретения

Вероятностный коррелометр, со- . держащий блоки элементов И, сдвигающий регистр, выход которого, соединен с его входом, сумматор, первый вход которого является, входом коррелометра, второй и третий входы сумматора соединены соответственно

с выходами первого и второго блоков элементов И, информационный вход первого блока элементов И подключен к информационному выходу накапливающего регистра, информационный вход второго блока элементов И соединен с информационным выходом регистра, вход которого соединен с выходом третьего блока элементов И, информационный вход которого подключен к выходу накапливающего регистра,

0 вход которого подключен к выходу четвертого блока элементов И, информационный вход которого соединен с выходом сумматора, генератор случайных чисел, выход которого соеди5нен с первым входом блока сравнения, а вход подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, информационный вход

0 которого подключен к выходу блока вероятностного умножения, о т л .ичающийся тем, что, с целью упрощения коррелометра, в нем выход сумматора соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого

5 подключен ко входу сдвигающего регистра, выполненного одноразрядным,

.и к информационным входам пятого и шестого блоков элементов И, выходы которых подключены соответственно

D к первому и второму входам блока вероятностного умножения, управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого блоков элементов И сое.динены с третьим выходом блока уп5равления, второй выход которого под,ключен к управляющим входам пятого и шестого блоков элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

кл. G Об F 15/34, 1977.