Оптоэлектронный компромиссный сумматор
Владельцы патента RU 2682410:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" (RU)
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Техническим результатом является создание устройства, вычисляющего операцию компромиссности непрерывной (нечеткой) логики в реальном масштабе времени. Устройство содержит источник когерентного излучения, трехвыходной оптический разветвитель, четыре оптических амплитудных модулятора, оптический фазовый модулятор, три оптических Y-разветвителя, три оптических Y-объединителя, фотоприемник. 1 ил.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных множеств [Пат. RU 2419127 С2 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных множеств / В.М. Курейчик, В.В. Курейчик, М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], содержащий источник излучения, оптический Y-разветвитель, два оптических k×n выходных разветвителя, два матричных оптических транспаранта, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивностей, k оптических n-входных объединителей.
Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический Y-разветвитель, оптический Y-объединитель.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств [Пат. RU 2432600 С1 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств / М.А. Аллес, С.В. Соколов, С.М. Ковалев], содержащий m групп по k блоков пространственного распределения оптического сигнала, каждый из которых состоит из фотоприемника, источника излучения, электрооптического дефлектора, группы из n оптических волноводов, линейного оптического транспаранта, группы из n оптических j-выходных разветвителей и группы из n оптических (n-j+1) - входных объединителей, k групп по n оптических m-входных объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивности, каждый из которых состоит из (m-1) пар оптически связанных волноводов, (m-1) оптических транспарантов и оптического m-входного объединителя, k оптических n-входных объединителей.
Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: фотоприемник, источник излучения, оптический разветвитель, оптический объединитель.
Недостатком вышеописанных аналогов является невозможность выполнения операции компромиссности.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор нечетких множеств [Пат. RU 2422876 С1 2011, Оптический дизъюнктор нечетких множеств / М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], принятый за прототип и содержащий m групп по k фотоприемников, m источников когерентного излучения, m оптических 2k-выходных разветвителей, m групп по k оптических амплитудных модуляторов, m групп по k оптических фазовых модуляторов, m групп по k оптических Y-объединителей, k селекторов минимального сигнала, k блоков извлечения квадратного корня, k блоков вычитания.
Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: фотоприемник, источник когерентного излучения, оптический разветвитель, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель.
Недостатком вышеописанного прототипа является невозможность выполнения операции компромиссности.
Изобретение направлено на решение задачи быстродействующей оптической реализации операции компромиссности над действительным числом х(х∈[0,1]). Подобная задача возникает при создании эластичных нейро-нечетких систем, когда присутствует необходимость изменения структуры системы в процессе обучения в реальном масштабе времени [Рутковский Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Пер. с польск. И.Д. Рудинского. - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. - 520 с]. Для достижения этой цели применяют так называемые Н-функции, основанные на использовании оператора компромиссности, реализуемого в предлагаемом устройстве.
Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный компромиссный сумматор, содержащий фотоприемник, источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель, введены трехвыходной оптический разветвитель, три оптических амплитудных модулятора, два оптических Y-разветвителя, два оптических Y-объединителя, входами устройства являются: для параметра операции компромиссности - управляющие входы первого и второго оптических амплитудных модуляторов, для действительного числа - управляющий вход третьего оптического амплитудного модулятора, к информационным входам первого и третьего оптических амплитудных модуляторов подключены первый и второй выходы трехвыходного оптического разветвителя, соответственно, вход трехвыходного оптического разветвителя оптически связан с выходом источника постоянного когерентного оптического излучения, третий выход трехвыходного оптического разветвителя подключен ко входу оптического фазового модулятора, выход первого оптического амплитудного модулятора подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, первый выход которого является поглощающим, а второй выход подключен к первому входу первого оптического Y-объединителя, второй вход которого оптически связан с первым выходом третьего оптического Y-разветвителя, а выход первого оптического Y-объединителя подключен ко входу фотоприемника, выход которого подключен к управляющему входу четвертого оптического амплитудного модулятора, вход третьего оптического Y-разветвителя оптически связан с выходом оптического фазового модулятора, при этом второй выход третьего оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя, выход которого подключен к информационному входу четвертого оптического амплитудного модулятора, а первый вход оптически связан со вторым выходом второго оптического Y-разветвителя, вход которого оптически связан с выходом третьего оптического амплитудного модулятора, а первый выход подключен к информационному входу второго оптического амплитудного модулятора, выходы второго и четвертого оптических амплитудных модуляторов подключены ко входам третьего оптического Y-объединителя, выход которого является выходом устройства.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор предназначен для выполнения в режиме реального времени оператора компромиссности над действительным числом х(х∈[0,1]):
где ν∈[0,1] - заданный параметр операции компромиссности.
Функциональная схема оптоэлектронного компромиссного сумматора показана на фигуре 1.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор содержит:
- 1 - источник когерентного излучения (ИКИ);
- 2 - трехвыходной оптический разветвитель;
- 31, 32, 33, 34 - группу оптических амплитудных модуляторов (ОАМ);
- 4 - оптический фазовый модулятор (ОФМ), обеспечивающий постоянный сдвиг фазы оптического сигнала на π;
- 51, 52, 53 - группу оптических Y-разветвителей;
- 61 и 62, 63 - группу оптических Y-объединителей;
- 7 - фотоприемник (ФП).
Входами оптоэлектронного компромиссного сумматора являются управляющие входы первого ОАМ 31 и второго ОАМ 32 - для параметра операции компромиссности ν, и третьего ОАМ 33 - для преобразуемого числа х. К информационным входам первого ОАМ 31 и третьего ОАМ 33 подключены первый и второй выходы трехвыходного оптического разветвителя 2, соответственно. Вход трехвыходного оптического разветвителя 2 оптически связан с выходом ИКИ 1, а третий выход трехвыходного оптического разветвителя 2 подключен ко входу ОФМ 4.
Выход первого ОАМ 31 подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя 51 первый выход которого является поглощающим, а второй выход подключен к первому входу первого оптического Y-объединителя 61. Второй вход первого оптического Y-объединителя 61 оптически связан с первым выходом третьего оптического Y-разветвителя 53, а выход первого оптического Y-объединителя 61 подключен ко входу ФП 7, выход которого подключен к управляющему входу четвертого ОАМ 34.
Вход третьего оптического Y-разветвителя 53 связан с выходом ОФМ 4, а второй выход третьего оптического Y-разветвителя 53 подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя 62, выход которого подключен к информационному входу четвертого ОАМ 34, а первый вход оптически связан со вторым выходом второго оптического Y-разветвителя 52. Вход второго оптического Y-разветвителя 52 оптически связан с выходом третьего ОАМ 33, а первый выход второго оптического Y-разветвителя 52 подключен к информационному входу второго ОАМ 32. Выходы второго ОАМ 32 и четвертого ОАМ 34 подключены ко входам третьего оптического Y-объединителя 63, выход которого является выходом устройства.
Работа оптоэлектронного компромиссного сумматора происходит следующим образом.
На входы устройства - управляющие входы ОАМ 31, ОАМ 32 и ОАМ 33, поступают управляющие электрические сигналы величиной ν усл(овных) ед(иниц) (ν меньше 1 усл. ед.) и х усл. ед. (х меньше 1 усл. ед.), соответственно. Одновременно на информационные входы ОАМ 31 и ОАМ 33 с первого и второго выходов трехвыходного оптического разветвителя 2 поступают постоянные когерентные оптические сигналы с амплитудами по 2 усл. ед. каждый, образованные в результате разветвления постоянного оптического сигнала когерентного излучения с амплитудой 6 усл. ед., формируемого на выходе ИКИ 1.
С выхода ОАМ 31 оптический сигнал с амплитудой 2ν усл. ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 51. На первом выходе оптического Y-разветвителя 51 оптический сигнал с амплитудой ν усл. ед. поглощается. Со второго выхода оптического Y-разветвителя 51 оптический сигнал с амплитудой ν усл. ед. поступает на первый вход оптического Y-объединителя 61.
С выхода ОАМ 33 оптический сигнал с амплитудой 2х усл. ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 52. С первого выхода оптического Y-разветвителя 52 оптический сигнал с амплитудой х усл. ед. поступает на информационный вход ОАМ 32, а со второго выхода оптического Y-разветвителя 52 оптический сигнал с амплитудой х усл. ед. поступает на первый вход оптического Y-объединителя 62.
С третьего выхода трехвыходного оптического объединителя 2 оптический сигнал с амплитудой 2 усл. ед. поступает на вход ОФМ 4, на выходе которого формируется оптический сигнал с амплитудой 2 усл. ед. и сдвинутой на π (инвертированной) фазой. Этот оптический сигнал, разветвляясь на два в оптическом Y-разветвителе 53, поступает на входы оптических объединителей 61 и 62, на выходах которых за счет суммирования противофазных входных сигналов формируются оптические сигналы с амплитудами (1-ν) усл. ед. и (1-х) усл. ед., соответственно. С выхода оптического объединителя 61 оптический сигнал с амплитудой (1-ν) усл. ед. поступает на вход ФП 7, на выходе которого формируется сигнал управления UУпр~(l-ν), поступающий на управляющий вход ОАМ 34, на информационный вход которого поступает оптический сигнал с амплитудой (1-х) усл. ед. с выхода оптического объединителя 62.
Таким образом, на выходах ОАМ 32 и ОАМ 34 формируются оптические сигналы с амплитудами vx усл. ед. и (l-v)(l-x) усл. ед., соответственно. Эти сигналы поступают на входы оптического Y-объединителя 63, на выходе которого - выходе устройства, формируется оптический сигнал с суммарной амплитудой, равной искомому значению функции (1).
Быстродействие предложенного оптоэлектронного компромиссного сумматора определяется динамическими характеристиками оптических амплитудных модуляторов и фотоприемника. На сегодняшний день быстродействие оптического амплитудного модулятора достигает 10-12c, а фотоприемника на основе лавинных фотодиодов - 10-9c, что позволяет обеспечить функционирование данного устройства практически в реальном масштабе времени.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор, содержащий фотоприемник, источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель, отличающийся тем, что в него введены трехвыходной оптический разветвитель, три оптических амплитудных модулятора, два оптических Y-разветвителя, два оптических Y-объединителя, входами устройства являются: для параметра операции компромиссности - управляющие входы первого и второго оптических амплитудных модуляторов, для действительного числа - управляющий вход третьего оптического амплитудного модулятора, к информационным входам первого и третьего оптических амплитудных модуляторов подключены первый и второй выходы трехвыходного оптического разветвителя соответственно, вход трехвыходного оптического разветвителя оптически связан с выходом источника постоянного когерентного оптического излучения, третий выход трехвыходного оптического разветвителя подключен ко входу оптического фазового модулятора, выход первого оптического амплитудного модулятора подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, первый выход которого является поглощающим, а второй выход подключен к первому входу первого оптического Y-объединителя, второй вход которого оптически связан с первым выходом третьего оптического Y-разветвителя, а выход первого оптического Y-объединителя подключен ко входу фотоприемника, выход которого подключен к управляющему входу четвертого оптического амплитудного модулятора, вход третьего оптического Y-разветвителя оптически связан с выходом оптического фазового модулятора, при этом второй выход третьего оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя, выход которого подключен к информационному входу четвертого оптического амплитудного модулятора, а первый вход оптически связан со вторым выходом второго оптического Y-разветвителя, вход которого оптически связан с выходом третьего оптического амплитудного модулятора, а первый выход подключен к информационному входу второго оптического амплитудного модулятора, выходы второго и четвертого оптических амплитудных модуляторов подключены ко входам третьего оптического Y-объединителя, выход которого является выходом устройства.
