Вероятностный коррелометр Советский патент 1982 года по МПК G06F17/15 

(5) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР

Изобретение относится к вычислительной технике и предйазначено для определения статистических характеристик случайных процессов и может найти применение в гидро метеорологии, автоматике, биологии, медицине и других областях.науки и техники. Известен коррелометр для вычисления характеристик стационарных случайных процессов, содержащий ограниченную сферу применения, так как не может быть использован для обработки случайных процессов, нестационарных по математическому ожиданию l. Известенвероятностный корреломет содержащий сумматор, вход которого через третий блок вентилей сое динен с регистром, а выход через первый блок вентилей .со сдвиговым регистром, причем вход сдвигового р.егистра подключен к его выходу и первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с генератором случайных чисел и со входом первого блока сравнения, подключенного к однйму из входов блока вероятностного умножения, другой вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, блок управления, подключенный к генератору слу айных чисел и к блоку памяти, вход которого подключен к блоку вероятностного умножения, счетчик, четвертый и пятый блоки вентилей и накапливающий регистр, второй выход счетчика и все выходы{накапливающего регистра через четвертый блок вентилей подсоединены ко вто-рому входу сумматора,.а выходы старших разрядов накапливающего ре.гистра и третий выход счетчика через пятый блок вентилей подсоединены к регистру, первый и второй выходы счеТчика подключены к третьему и четвертому, блокам вентилей, а вход счетчика соединен с блоком управления 2}. Недостатком указанного устройст ва является невозможность вычис ления взаимокорреляционной функции двух нестационарных процессов и функции математического ожида ния любого из них./ Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обработки неста ционарных по математическому ожиДанию процессов4 Указанная цель достигается те что в вероятностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел, сумматор, первый вход кото рого является первым аходом коррелометра, второй подклнзчен к выходу блока сдвигающих регистров третий - к выходу регистра мате матического ожидания, четвертый к вьТходу накапливающего регистра, вход которого соединен с выходом суммы сумматора, а выход подключен к первому входу регистра .математического ожидания, второй вход кото рого является вторым входом коррелометра, выход переноса и вы)д ра ности сумматора соединены соответственно с первой группой входов бл ка.вероятностного умножения и с пе вым входом блока элементов И, выход которого подключен к первому входу блока сдвигающих регистров, выход блока вероятностного умножения соединен с первым входом блока памяти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований, второй регистр математического ожидания, второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам второго регистра математическо ожидания, второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к перво му выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подкл 74 чен к пятому входу первого сумматора, шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока памяти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разряда счетчика кратности стохастических преобразований, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а разрядные выходы подключены ко второй группе входов блока вероятностного умножения, третья группа входов которого соединена с выходом перенос.а второго сумматора, выход разности которого подключен ко входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидания, второй вход которого является четвертым входом коррелометра, второй вход счетчика шагов подключен ко второму выходу блока синхронизации, третий вход которого объединен со входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разряда счетчика шагов, третий и четвертый входы блока памяти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора и к первому выходу второго сумматора. На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого вероятностного коррелометра, на фиг.2 - структурная схема блока управления. Вероятностный коррелометр сОдержит 1 и 2 каналы преобразования, в состав которых входят сумматор 3 и два регистра - регистр i математического ожидания и накапливающий регистр 5 кроме того, он содержит блок элементов И 6, блок 7 сдвигающих регистров, генератор 8 случайных чисел, блок 9 вероятностного умножения, блок 10 памяти, регистр 11, счетчик 12 кратности стохастического преобразования, счетчик 13 шагов, блок И синхронизации, счетчик 15 циклов. Структурная схема блока управления показана на фиг.2. Этот блок содержит формирователь одиночного импульса 1б генератор 17 тактовых импульсов, элемент И 18, элемент 19 задержки, другой элемент И 20, 5 блок 21 анализа, триггер 22, другие блоки 23 и 2Ц анализа, счетчик 25 временных интервалов, элементы И 26 , элемент ИЛИ 28, триггер 29 определяющий пуск коррелометра в ра боту. Вероятностный коррелометр работает следующим образом. Перед началом работы все блоки и элементы устройства устанавл1вают ся в исходное (нулевое) положение. В регистры математического ожидания обоих каналов заносятся начальные значения т и т, основанные на предварительном, априорном знании процесса. Устройство может работать в следующих режимах. Вычисление автокорреляционной функции ICJP) для N ординат по фор )-- ц:р-Шг х)х.р-тх). Вычисление взаимокорреляционных функций по формулам, аналогичным с соответствующими элементами I К(Р) ,,на и в этом же сомножителе т., на 1П«. Для ) заменят в первом сомножителе суммы Хг на Xj и iryHa m, Вычисление того или иного вида корреляционных функций определяется подключением того или иного процесса на первый и второй входы устройства. Вычисление функций математического ожидания нестационарных случайных х,у процессов по формулам/.. ). VTS,Sn где J 0,1...; {); j - текущее 4;)- целая часть числа j - номер текущей ординаты функции (4) ( номер участка стационарности (псевдостационарности) функции |( - длина участка стационарно функции (t), определяемая числом ординат, снятых с этого участка, Передача случайных чисел из ген ратора случайных чисел во внешнее УСТ0ОЙСТВО. 76 - Режим вычисления корреляционных функций может быть пояснен на примере расчета по формуле (Р). В этом случае на первый вход устройства подан процесс xftj на второй вход - процесс У). Весь процесс вычисления корреляционной функции для N пар ординат случайных процессов состоит из N циклов, в каждом из которых производится прием, преобразование пары ординат процессов и коррекция. промежуточных результатов а ординат корреляционной функции, вычисленных для предыдущих ординат случайной функции. Каждый цикл приема, преобразования и коррекции состоит из ( подциклов, называемых в дальнейшем шагами. Работа устройства в этом режиме может быть пояснена на примере обработки i-й пары ординат Со второго выхода блока Т синхронизации выдается управляющий сигнал, сдвигающий счетчик 13 шагов на одну позицию. В этом первом шаге обеспечивается прием в первый и второй каналы 1 и 2 преобразования ординат процессов xCt7 и У(Ь)и суммирование их в сумматоре 3 обоих каналов с содержимым накапливающих регистров 5. Производится операция накопления суммы ординат -.,сложение х-- с -f.-i . . - результаты записываются вновь внакапливающие регистры 5. В случае, если установленная длина участка псевдостационарности выборки кратна текущему номеру прини™ маемой пары орд14нат х и после записи результата производится перепись содержимого регистра 5 в регистры математического ожидания обоих каналов. Блок 7 сдвигающих регистров, сдвигается на один разряд вправо, В сторону хранящихся величин Х,в« После выполнения шага 1 со второго выхода блока синхронизации выдается управляющий сигнал, сдвигающий счетчик 13 шагов на одну позицию. В этом втором шаге ординаты процессов x(t) и У№ подаются на первые входы сумматоров 3, на ахрды которого подано знач(вние математического ожидания из регистра i. При вычислении кор|реляционн)51х функций ста ционарных процессов в регистре 5 содержится постоянное значение априорная величина математического ожидания процесса х(ЬУили У. При вычислении корреляционных функций нестационарных процессов вначале в регистр записывается начальная величина математического ожидания процесса Х или У(4;, а затем чере каждые пар ординат в регистр k переписываются соответствующие разряды регистра 5, которые равняются I величине , при « кратном степе дбух (для предлагаемого устройства это обязательное условие). 7.8 Производится операция центрирования ординатурой У в сумматорах 3. Образуются центрированные значения f,j-m. Результаты центрирования записываются: для первого канала в блок 7 сдвигающих регистров, а для второго канала - в регистр 11. Блок 7 сдвигающих регистров может работать в следующих режимах: а сдвиг и отсутствие записи на вход; 6} при отсутствии сдвига запись на вход из канала преобразования; в) сдвиг и запись на вход с выхода блока сдвига(ощих. регистров. Распределение мест в блоке 7 сдвигающих регистров дано в табл.1. ГГри этом в шаге 1 блок 7 работает в вышеуказанном ); ежиме по п. oj, в шаге 2 - по п. d), в шагах 3 -2 - по п.. В третьем шаге информация с вы- хода блока 7 сдвигающих регистров подается на пятый вход сумматора 3 для канала Ш), на четвертые вхо|ды сумматора 3 подается число о-Р с генератора 8 случайных чисел и производится операция вычитания , первый элемент Множества случайных чисел для .l-ro цикла, для коррекции величины ординаты.1 )lc..%X.,W-.l, ,q,-4-, 3e. .N , Информации X|ij с выхода регистра 11 подается на пятый вход сумматора 3 для канала Kft), на четвер тые входы сумматора 3 канала х(4)подает(-1

q-f2

Работа устройства с шага k до шага ничем не отличается от работы в шаге 3 за исключением содержимого выходов блока 7 сдвигающих регистров, которые приведены в табл.2. После выполнения шага +2 блоки коррелометра приходят в такое же состояние, какое было перед i-м циклом. С приходом следующей i+1 пары ординат все действия по тактам от 1 до 2 повторяются.

1-1 о

.

-f-l в о

S ;iY-j

Процесс вычисления ординат корреляционных функций закончится после обработки N-й пары ординат, где N является предельной заданной величиной для параметра i.

Процесс вычисления математического ожидания начинается с операции сложения, производимого в первом шаге.

После L-кратного выполнения операции суммирования, где L - величина участка псевдЪстационарности, произ712ся числоJjjf c генератора 8 случайных чисел и производится операция вычи тания , где 0 оа . ол 1 ,,fef..bfj Анализируется наличие переносов с сумматоров 3 первого и второго каналов преобразования в блоке 9 вероятностного умножения. Операция сравнения чисел Х и у со случайными числами t)и а J заменяется вычитанием чисел Х--Ь и v,--0. При одновременном появлении сигналов переноса, свидетельствующих, что производится увеличение на единицу содержимого ячейки с адресом О блока 10 памяти, являющейся активизируемой в этом такте. Распределение ячеек памяти и их конкретное содержимое указаны в табл.2. Т а б л и ц а 2 водится запись содержимого накапливающего регистра 4 первого или второго каналов (в зависимости от того какое математическое ожидание вычисляется) через сумматор.3 на второй или третий входы блока 10 памяти. Далее Меняется адрес памяти (счетчик 10 шагов)и вновь выполняется действи суммирования. Результат вновь записы вается в память. Режим заканчивается после занесения результата суммирования в блок 10 памяти. Деление итоговых сумм на L производится посредством съема соответствующих разрядов с выходов блока tO памяти. В режиме генерации случайных чисел обеспечивается передача случайны чисел в блок 10 памяти и оттуда в ЭВМ. Число из генератора 8 проходи транзитом через сумматор 3 каналов 1 или 2 и записывается по второму или третьему входу блока 10 памяти. После заполнения ячеек блока памяти .производится обмен информацией с ЭВМ Таким образом, применение предла гаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности по сравнению с известным без увелич ния оборудования. Формула изобретения . . Вероятностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел сумматор, первый вход которого явля ся первым входом коррелометра, второй подключен к выходу блока сдвигающих регистров, третий - к выходу регистра математического ожи дания, четвертый - к выходу накапли вающего регистра, вход которого сое динен с выходом суммы сумматора, а выход подключен к первому входу регистра математического ожидания, второй вход которого является вторым Iвходом коррелометра, выход переноса и выход разности сумматора соединен соответственно с первой группой вхо 1дое блока вероятностного умножения и с первым входом блока элементов И выход которого подключен к первому входу блока сдвигающих регистров, выход блока вероятностного умножения соединен с первым входом блока памяти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возмо5кностей за счет обработки нестационарных по математическому ожиданию процессов, в коррелометр введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований, второй регистр математического ожидания, второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам второго регистра математического ожидания, второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к первому выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подключен к пятому входу первого сумматора, шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока памяти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разряда счетчика кратности стохастических преобразований, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а разрядные выходы подключены к второй группе входов блока вероятностного умножения, третья группа входов которого соединена с выходом переноса второго сумматора, выход разности которого подключен к входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидания, второй вход которого является четвертым входом коррелометра , второй вход счетчика шагов подключен к второму выходу блока синхронизации, третий вход которого объединен с входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разряда счетчика шагов, третий и четвертый входы блока памяти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора и к первому выходу второго сумматора. Источники информации, поинятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР h 52tl8i, кл. С Об F 15/3, 1975. . 2.Автсч ское свидетельство СССР по заявке tf 253 281/18-2, кл. С 66f 15/3, 1978.

Фи2.2 С5а. л. Г г /J