Вероятностный коррелометр

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом анализе случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности. Вероятностный коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульсов, два аналого-цифровых преобразователя 2 и 3, блок 4 умножения, регистр сдвига 5, два делителя частоты 6 и 7, элементы И 8, элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9, интеграторы 10, элемент задержки П, генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 14 равновероятностных импульсов, счетчик 15, дешифратор 16 и элементы m И- ИЛИ 17. Перемножение N пар цифровых отсчетов, вырабатываемых первым и вторым аналого-цифровьми преобразователями , основано на вероятностном прореживании число-импульсных кодов и реализуется с использованием группы из N элементов И. На объединенпервые входы элементов И группы с выхода блока 4, управляемого двокчньм кодом цифрового отсчета у Сп , поступает число-импульсный .код Z f, у п ,размещенный на интервале М, At выборок, заданном делителем 6 с коэффициентом деления М, частоты F импульсов генератора I. На вторые входы элементов И группы поступают соответственно случайные двоичные сигналы .(t); k 1.N с i СО ю s| ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„5U„„1327121 (50 4 4 06 F 15/336

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

": 1.

;л

x(cj

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4025852/24-24 (22) 18. 02. 86 (46) 30.07.87.Бюл. У 28 (72) А.С.Анишин (53) 681 ° 3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 892449, кл.G 06 F 15/336, 1980.

Гладкий В.С. Вероятностные вычислительные модели. М.: Наука, 1973, с.129, рис.4.23. (54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом анализе случайных процессов. Цель изобретения — повышение точности. Вероятностный коррелометр содержит генератор 1 тактовых импульсов, два аналого-цифровых преобразователя 2 и 3, блок 4 умножения, регистр сдвига 5, два делителя частоты 6 и 7, элементы

И 8, элементы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9, интеграторы 10, элемент задержки 11, генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 14 равновероятностных импульсов, счетчик

l5, дешифратор 16 и элементы m ИИЛИ 17. Перемножение Й пар цифровых отсчетов, вырабатываемых первым и вторым аналого-цифровыми преобразователями, основано на вероятностном прореживании число-импульсных кодов и реализуется с использованием группы иэ М элементов И. На объединенные первые входы элементов И группы с выхода блока 4, управляемого двоичным кодом цифрового отсчета у (и j, поступает число-импульсный ,код 2 „ у (п1,размещенный на интерм, вале dt = --- выборок заданном деГ

Ф лителем 6 с коэффициентом деления

М, частоты F импульсов генератора 1.

На вторые входы элементов И группы поступают соответственно случайные двоичные сигналы q q(t); 1с - S,Ì с! 327! 2! коэффициентами заполнения Р

x (n - k + !) 2 . Для формирования системы двоичных сигналов

g>(,t) с положительной корреляцией служат последовательно соединенные генераторы 12, !4 и счетчик-дешифратор, выходы которого соединены с пер.выми входами элементов m H-ИЛИ группы, на вторые входы которых поступают m-разрядные двоичные коды цифровых отсчетов x (n - k + )), находящиеся в регистре сдвига динамичесИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом анализе случайных процессов.

Целью изобретения .является повы— шение точности работы вероятностного коррелометра путем сокращения вдвое общего числа операций по вероятностйому кодированию перемножаемых величии sa счет детерминированного (безошибочного ) представления первого общего сомножителя у f n)(x (n) ) число" импульсным кбдом и вероятностного представления вторых сомножителей

xjn-k+1), k 1,N в виде случайных двоичных сигналов с непрерывным вре менем.

Сущность изобретения основана на детерминированном представлении (с помощью двоичного умножителя ) цифровых отсчетов y(nf одного центрированного случайного процесса у (t) в виде число-импульсного кода z размещенного на интервале выборок И, и веp0RTHoc7HoM представлении (с помощью генератора случайных импульсов, генератора равновероятностных импульсов, счетчика,дешифратора и группы элементов nl И-ИЛИ),цифровых отсчетов x(n-k+!),, 1,И другого центрированного слу.-чайного процесса х (t) в виде совокуп ности из )! случайных (с положительной взаимной корреляцией) двоичных сигналов g 1,(t) . При этом параметры (коэффициенты заполнения) Р1,(1) ск г— налов y>(t) численно равны соответствующим цифровым отсчетам х(п-k+!j кой памяти. С выходов элементов И модули прореженных число-импульсных кодов поступают на входы соответствующих интеграторов !О. Усреднение произведения у (n j x (n — k + )7 осуществляется на интервале М заданном коэффициентом М деления второго делителя частоты, с учетом знаков произведений, огределяемых соответствукицими элементами РАВНОЗНАЧНОСТЬ. э.п.ф-лы, 3 ил.

> 2,представленным в виде двоичных правильных дробей.

В результате этого коррелометр обладает новыми свойствами многоканальВ ного вероятностного автомата, которые позволяют перемножение цифровьм отсчетов yj n ) xnan-k+1),k = 1,N выполнить путем вероятностного прореживания число-импульсного кода я„=

1О =- y(nj с помощью k-ro вероятностного вентиля (элемента И),управляемого случайным двоичным сигналом (t), а усреднение произведений y(nj-х (n- +

+!.) выполнить путем алгебраического

16 (с учетом знаков сомножителей) суммирования прореженных число-импульсных кодов л с помощью и цифровых ,интеграторов с единичными биполярными приращениями.

>0 Использование совокупности из Й случайных (с положительной взаимной корреляцией) двоичных сигналов (1), 1,N снижает дисперсию относительных значений прореженных число-им25 пульсных кодов на выходах элементов И, На фиг.! изображена структурная схема коррелометра; на фиг.2 — схема

3!)интегратора; на фкг.3 — временные диаграммы работы коррелометра.

Вероятностный коррелометр (фнг.I) содержит генератор тактовьм импульсов, первый 2 и второй 3 аналого-цифровые преобразователи, блок 4 умножения., регистр 5 сдвига, первый 6 и второй 7 делители частоты, элементы

И 8, элементы РАВНОЗ)ОЧНОСТЬ 9 ь èí13?7121 теграторы 10, элемент 11 задержки, генератор 12 случайных импульсов, элемент ЗАПРЕТ 13, генератор 14 равновероятностных импульсов, счетчик

15, дешифратор 16 и элементы ш ИИЛИ 17.

Интегратор (фиг.2)содержит элемент И 18, элемент ЗАПРЕТ 19, реверсивный счетчик 20, группу 21 элементов ИСКЛЮЧА!0ЩЕЕ ИЛИ, регистр 22 и элемент 23 задержки.

Блок 4 умножения представляет собой преобразователь двочный код— число импульсов °

Каждый элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ группы 9 является типовым логичес-. ким элементом с функцией инстинности0-х х ч х х ъ

Генератор 12 случайных импульсов может быть выполнен по известной схеме, содержащей последовательно соединенные источник шума, усилитель, пороговый элемент и формирующий каскад.

Генератор 14 может быть выполнен в виде электронного коммутатора на два выхода с высокой частотой переключений.

Вероятностный коррелометр работает следующим образом.

Рассмотрим случай определения взаимной корреляционной функции е двух центрированных процессов х (t), y(t), подаваемых: на информационные входы первого 2 и второго 3 аналогоцифровых преобразователей. При оценке автокорреляционной функции процесса A(t) вход блока 4 подключают к первому выходу регистра 5, что эквивалентно объединению входов коррелометра.

Вероятностный коррелометр работает по методу умножения и выполняет действия, необходимые для получения оценок авто- и взаимной корреляционной функций центрированных случайных процессов x(t) и y(t) в соответствии с выражениями:

K „ (kj= xfn) (-1м11, (,)

k 1й, и 012

К„„(k3 у 1.и Я х и-k+12, k = 1,й, n = 0i1i2i (2)

В формулах (1) и (2) х (nj, у gnj"(в+1)-разрядные цифровые отсчеты случайных процессов x(t) и y(t), ° вырабатываемые первым 2 и вторым 3 аналого-цифропыми преобразователями (АЦП) в дискретные моменты

Н1 (nJ= и ° --- --= n at, 5

FiÄ определяемые импульсами с выхода первого 6 (с коэффициентом !1) делителя частоты F „ тактовых импульсов генератора 1 (фиг.3а!. При этом (m+1)-й разряд цифровых отсчетов х(п)н у(и) является знаковым.

За время N ht,являющееся временем переходного режима, регистр 5 заполняется И цифровыми отсчетами х f n), n = 1 N. В дальнейшем прием новых (N+1), (И+2)-го и т.д. цифровых отсчетов приводит к потере (сбросу)

1,2-го и т.д. отсчетов. Поэтому работу коррелометра,будем рассматривать

2О в установившемся режиме, т.е. спустя

:N тактов с момента его включения.

С помощью блока 4 ш-разрядный модуль текущего цифрового отсчета

1 y (nil, вырабатываемый вторым АЦП, 25 преобразуется в число-импульсный код

z „ (фиг.3 "б"), размещенный на интервале ht выборок. Код z поступает иа первые входы элементов И группы 8.

Отметим, что на вход блока 4 умножеЗ0 ния за интервал ht поступает И

ln

2 у ) = 1 у2 ° е в импульсов а под действием которых счетчик-распределитель, входящий в состав блока. 4, делает ) полных "оборотов".. По этой причине методическая ошибка представле5 ния модуля цифро ых отсчетов ) y (nil число-импульсным кодом равна нулю.

11одули цифровых отсчетов х t u-k +

+ 1)1, k = 1,М представляются в виде

40 случайных двоичных сигналов y {t) с непрерывным временем следующим образом, С выхода генератора 12 случайный

45.поток импульсов с интенсивностью = Р,„через постоянно от срытый (в отсутствие импульсов число-импульсно"

ro кода z ) элемент ЗАПРЕТ 13 поступает на вход генератора 14. Послед50 ний формирует два независимых потока несовместных случайных событий (импульсов), происходящих с вероятностями P q = 0,5, на каждый импульс, запроса, поступающий на его вход.

5В Вероятности P(k) (q (h)) событий, заключающихся в том, что на первом (втором ) выходах генератора 14 поя вится группа из 1 (Н) импульсов под-. ряд определяется следующим образом:

) 32712) РГ)с) = q.,Р = ()/2)"; k = 1,2...

q(I) = Р

Счетчик i 5 лодсч итыв ае т импульсы потока с первого выхода генератора

14 на интервалах между импульсами потока с второго выхода генератора

l4.

С учетом стационарности потока, импульсов генератора 12 и соотношений (3) распределение относительных продолжительностей пребывания счетчика 15 в соостояниях k =0,1,2,...

;m-1 совпадает с сюжетричным геометрическим распределением вероятностей

PI, (1/2), k = 0,1 2...m-l.

Состояния k 0,1,2,...,m-l счетчика 15 отображаются присуствием сигнала единичного уровня на соответствующем (k+1)-м выходе дешифратора 16.

В результате этого на m выходах дешифратора 16 формируются неперекрывающиеся (ортогональные ) случайные двоичные сигналы 1„(), k = О,m-l c йепрерывным временем и коэффициентами заполнения К 1,= Р (1) = (1/2) ."; ЗО

k * О,m-l.

Двоичные сигналы q„(й) поступают на первую. группу входов всех N элементов ш И-ИЛИ группы 17.

В соответствии с двоичным кодом 35 х1, модуля цифрового отсчета х fn-k+

+Ij(, k I,N,ïîñòóïàíÿöèì с Р-ro вы-. хода регистра 5 на вторую группу входов k-го элемента m И-ИЛИ группы 17, в последнем будут открыты те 40 элементы И, которым соответствуют разряды двоичного кода х ), = а,, а,...,а, а; Å 0,I, содержащие единицы. Путем объединения (с помощью элемента ИЛИ 7 двоичных сигналов с вы- 45 ходов открытых элементов И на выходе К-го элемента m И-HJFi формируется случайный двоичный сигнал )I,(t) с параметром Р),(1) xnan-k+I) 2, 5О

Двоичный сигнал (t) (фиг.3 "В" ) поступает на второй вход k-го элемента И 8 группы и обеспечивает прореживаиие число-импульсного кода г „ 1, у fn) ) с вероятностью PI,(i).

Математическое ожидание числа импульсов кода и „ (фиг.3 "г"), которые пройдут на выход. k-го элемента И 8 группы, а следовательно - на.вход

k-го цифровог о интегратора ) О группы, составит

Н (г„ ) = 1у (n1(х (n-k+I)(-2

Для исключения "дробления" .импульсов элементами И 8 группы служит элемент ЗАПРЕТ, отключающий на время действия каждого импульса генератор.

Знаки цифровых отсчетов у (n) и

x(n-k+Ij в виде двух уровней: "1" (плюс), "0" (минус) поступают на входы k-го элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ 9 группы с функцией истинности U =

= х, -х2 v х„ 1, из которой следует

1, если х1, = х ), 1 =

О, если х „,g xl

Результат PI, перемножения знаков х ),, х поступает на знаковый вход

k-ro интегратора IO группы, который выполняет алгебраическое суммирование прореженных число-импульсных кодов z „ ýà интервал И .а t усреднения, ойределяемый коэффициентом М деления второго 7 делителя частоты.

Работа каждого интегратора 10 группы состоит в следующем,При U I, =1 .oäèíàêoâb)x знаках сомножителей ) мо дуль 1, у (n).х fn-k+1)(. в виде прореженного число-импульсного кода через открытый элемент И 18 — k проходит на суммирующий вход реверсивного счетчика 20-k. При Ut= 0 (разных знаках сомножителей) код г)„ через открытый элемент 3AI!PFТ 19 проходит на вычитающий вход реверсивного счетчика 20-k. Емкость реверсивного счетчика 20-k должна быть 2" Ъ И И поми1 7. мо дополнительного (и+1)-го старшего разряда, выполняющего роль знако— вого разряда k-й ординаты оцениваемой корреляционной функции.

Если к окончанию интервала усреднения Н> at (n+I)-й разряд реверсивного счетчика 20-k окажется в нулевом (единичном ) состоянии а „= 0(I ), то к-я ордината корреляционной функции имеет знак "плюс" ("минус" ), а модуль ее, отображаемый состояниями и остальных разрядов реверсивного счетчика 20-1с, будет представлен в прямом (дополнительном) двоичном коде.

Для преобразования дополнительного кода в прямой служит группа 21-К элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с функцией истинности U = х„x ч x„x2.При а„, -.=

1327121

I на вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЯ1ЦЕЕ ИЛИ группы 2I поступает единица, те. х =1 иП=х, I v х,0=

= х„, откуда следует, что состояние младших и разрядов реверсивного . счетчика 20-k передаются в регистр

22-k с инверсией, что практически эквивалентно операции перевода дополнительного кода х в прямой х, 10

» так как х = х + 1, здесь черта означает инверсию.

При а „„ О, х = О, a U - =х, »

«О ч х„- 1 х„, откуда следует, что состояния младших и разрядов ревер- 15 сивного счетчика 20-k передаются в регистр 22-k без изменения.

Каждый импульс с выхода второго

7 делителя определяет начало нового интервала М d с усреднения М» произ- 20 ведений у (n) . х (и — k +

k I,N, g = I,M .Воздействуя на входы считывания интеграторов 10 группы, этот импульс фиксирует значения N ординат оцениваемой корреляционной функции К (kg (K (k) ) в регистрах 22-k памяти на время интервала усреднения.

В дальнейшем работа вероятностного коррелометра повторяется на оче- 30 редном интервале усреднения.

Формула изобретения

1. Вероятностный коррелометр, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и два делителя частоты, генератор случайных импульсов, счетчик, первый аналого-цифровой преобразователь, инфор- 40 мационный вход которого является первым информационным входом коррелометра, N (m+1)-разрядный регистр сдвига (N — количество обрабатываемых двоичных отсчетов, натуральное 45 число, m — разрядность модуля двоичных цифровых отсчетов), информационный вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, N элементов И,,Н интег- 50 раторов, информационные входы каждого из которых соединены с выходом соответствующего элемента И, выходы интеграторов являются выходами значений соответствующих ординат кор-, реляционной функции коррелометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй аналого-цифровой преобраэователь, информационный вход которого является вторым информационным входом коррелометра, элемент задержки, блок умножения, элемент

ЗАПРЕТ, дешифратор, генератор равновероятностных импульсов, N элементов m И-ИЛИ и И элементов равнозначности, выходы которых соединены со знаковыми входами соответствующих интеграторов, выход первого делителя частоты соединен с тактовыми входами обоих аналого-цифровых преобразователей и через элемент задержки — с тактовым входом И(в+1)-разрядного регистра сдвига, разрядные выходы которого соединены с первыми входами соответствукщих элементов И-ИЛИ группы, вторые входы которых соединены с выходом дешифратора, выход второго аналогоцифрового преобразователя соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход блока умножения соединен с первыми входами элементов И и с первым входом элемента ЗАПРЕТ, второй вход которого соединен с выходом генератора случайных импульсов, выход элемента

ЗАПРЕТ соединен с управляющим входом генератора равновероятностных импульсов, выход первбго потока случайных мпульсов которого соединен со счетным входом счетчика, выход второго потока случайных импульсов соединен с входом сброса счетчика, выход которого соединен с входом дешифратора, выходы элементов m И-ИЛИ соединены соответственно с вторыми входами элементов И, выходы знаковых разрядов

Н(ш+1)-разрядного регистра сдвига соединены соответственно с первыми входами элементов равнозначности, вторые входы которых соединены со знаковым выходом второго аналогоцифрового преобразователя, выход делителя частоты соединен с тактовыми входами интеграторов.

2. Коррелометр по п.i, о т л и— ч а ю шийся тем, что каждый интегратор содержит элемент И, элемент ЗАПРЕТ, (и+1)-разрядный реверсивчый счетчик (n — газрядность модуля ординат корреляционной функции), п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент задержки и (n+1)-разрядный регистр, выход которого является выходом интегратора, первые входы элемента И и элемента ЗАПРЕТ являются ин2у г"

Составитель Е.Ефимова

Редактор М.Бандура ТехредИ.Попович Корректор И.Муска

Заказ 3391/46 Тирах 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!303$, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/$

Производственно-полиграфическое предприятие, г.уагород, ул. Проектная, 4. 9 1327

\ формационным входом интегратора, вторые входы элемента И и элемента ЗАПРЕТ являются знаковым входом интегратора, выходы элемента И и элемента

ЗАПРЕТ соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами (и+1)- разрядного реверсивного счетчика, вход установки которого соединен с выходом элемента задержки, 10 вход которого соединен с входом записи (и+1) -разрядного регистра и является тактовым входом интегратора, 121 1О выход i-ro (i = 1,n) разряда (n+1)-разрядного реверсивного счетчика соединен с первым входом -го элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с входом -го разряда (n+l)разрядного регистра, старший (n+1)-й разряд (n+I)-разрядного реверсивного счетчика соединен с вторыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и подключен к входу знакового разряда (и+!)-разрядного регистра, выход которого является выходом интегратора.