Вероятностный измеритель спектра мощности

 

Г. В. Горская, В. Г. Корчагин, Л. Я. Кравцов, и Л. М. Хохлов (72) Авторы изобретен нн адом

Государственное Союзное конструкторско-технологическое бюро цо проектированию счетных машин и опытный завод (71) Занвптель (54) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СПЕКТРА МОЩНОСТИ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может найти применение при анализе спектров случайных процессов.

Известны измерительные спектра мощности (спектрометры) различных типов.

Приборы аналогового типа, измеряющие

5 спектр мощности, содержат входное устройство, запоминающее устройство, схему умножения, генератор напряжения cos 2mf, усредняюшее устройство и регистрирующее устройство и требуют индивидуальной настройки и подбора параметров составляющих элементов. Кроме того, они обладают существенно большой погрешностью, зависящей от погрешности всех составляющих элементов (1).

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является спектрометр, содержащий блок накопителей, генератор случайных чисел, подключенный к первому входу основного преобразователя "код-вероятность", блок памяти, регистр и два счетчика г2).

Недостатком спектрометра является сложность конструкции, т.е. кроме названных блоков он содержит блок вероятностных констант,вероятпостную множашую матрицу. Если вычисляется спектральная функция с q ординатами, то сложность схемы блока вероятностных констант может быть определена как qA, сложность вероятностной множащей матрицы как с В, сложность блока накопителей как q.с, где А, В, С— коэффициенты, пропорциональные объему оборудования, приходящегося на один из элементарных узлов, составляющих вышеупомянутые схемы. Оценивая их в корпусах интегральных схем типа "Логика-2", можно сказать что А = 4 —;6, В = 2+3, С = 10 —:12.

По расчетам оборудование вероятностного спектрометра на 64 ординаты составляет 7000 корпусов ИС серия 155.

Цель настоящего изобретения — сокращение объема оборудования н повышение надежности работы устройства. Указанная цель достигается тем, что в веро- ятностный измеритель спектра мощности введены блок регистров, вход которого является входом устройства, блок анализатора знака, блок анализатора команд, интегратор, дополнительный преобразователь, "код-вероятность", сумматор, 90494 4 соеди»»с»» со входом блока анализатора знака 3, па второй вход которогo подключен выход первого Hp 06pa:)Ователя Ko)T-вероятность 2, в котором величина ордипагы корреляционной фУнкции Кх,. (cl) соответствУющей генеРиРУемому косинусу, преобразуется в вероятность.

Знак орди»»ать» К (q) хранится вместе с ко):х дом ее величины в блоке регистров 1 со стэковой орга»»т»за»п»ей. Блок регистров 1 со стэковой организаписи представляет собой несколько реп»строя (7--8 п»т.) Количество их равно разf рядности блока 8 памяти и определяется итоговой требуемой точностью вычисления спектральной плотности мотцностт,.

3 6 блок элементов И, причем входы сумматоэа подключены к управля»ошим выходам блока а»»ализатора команд и к вь»ходам регистра, а вь»ходь ко входу блока анализатора команд, к первому входу блока a)raff»»aaTopa знака и к блоку г»ам)». ти, выход которого подключен ко входу допол" нительного преобразователя код-вс»)олт пост»-.", второй вход которого подключен к выходу сенератора случайных чисел, а выход -- ко второму входу блока анализатора знака, третин вход которого подключен к выходам основного преобразователя "код-вероят»»ость ", а четвертьrй— к выходу блока регистров, fcoTopf f,f подключен

К ЕГО ВХОДУ И КО ВТОРОМУ ВХОДУ ОСНОЩ»пгО ПРЕ,образоватепя "«of)rf) cpu)f TffocT»,", !;=»o!f блока на копителей соединен с выходом блекa элсме»гсов

"И, входы ко)торого подкл»О tcfff-f еоответст«вcfи»0 к выходам счетчика орди»»ат, счетчика кратности произведений и ff;»TC».p«Top, входы которого поДключены к выхоДам бло»<а а»»ал»»)а»02«а з»»3- 2Й ка, а выходы счетчика xpaT»focT»f произведе,fffff подключены ко входам блока а»тализатора комацд и счетчика ординат.

Блок- схема вероятностного измерителя спектра мощности приведена на фиг.1;на фиг,.2 — 25 кривая функции косинуса..

Вероятностный измеритель спектра ь, .-:пч»ости содержит блок регистров 1 сс стэкоз»26 ))ганизацией, первый преобразователь ;;.Од-:)ероятность" 2, блок анализатора э»»ака 3., ии»":. ра «о тор 4> генератор случайных:п»сел 5> второй прс образователь "код-вероятность" 6, регистр 7., блок памяти 8, сумматора 9, блок ана)»иэа»т»ра команд 10, счетчик кратности прон-сведений l!, счетчик ординат 12„блок элсментол» 1 13, блс ка накопителей 14.

При поступлении значений j»»сслсдуе)то) частоты на вход ре истр 7, содержимое регистра в зависимости от состояния бло)еа 10:. »»::)л»»затора команд увеличит илп уме»)ьт -.: cc;, о:.тп-:О мое сумматора 9. С выхода сумматора: ко,—; гп разрядов поступит KaK адрес для блока 8

Памяти и выберет .вс)п»»)»»»у косинуса. Со)) ер)а». мое и) 2 разряда сумматора 9 будет подано в блок 3 ана)тизатора знака ддя определения зн=. ка интегрирования. С выхода олока 8 ы..:)гтп

ВЕЛИЧИНа фуНКц)П» COS -" -ф будЕт Ппдаи-.. fr« второй преобразователь "код-вероятность 6.

В случае двоичного кода преобразователь представляет собой схему сравнения, Ha f:Topo!» вход 50 которого подан код случайного числа пз ген:ратора S случайных чисел.

После х-кратного сравнения на второ,.:: преОбразователе "код-вероятность" ауде- получено ямпульсно-кодируемое представление величины

»)оз ф", где вероятность появления импуль1r са пропорциональна величине косинуса, Выход второго преобразователя "код-вероятность" 6

Знак ннтегрирования определяется по правилу умножения знаков и вырабатывается в случае одновременногo наличия импульсов на выходах первого и второго преобразователей

"код-вероятность" 2 и 6 соответственно.

Блок памяти 8, сумматор 9, блок анализатора команд 10 и pef.f»cTp 7 составля»от генератор косинусов. Интервал выборки значений косинуса задается ffa регистре 7.

Период)»»п»ость функции косинуса в интервалс 0 ;r v сим»иетришость ее относительно оси абстт)»сс позволяет ограничиться для воспроизведения функщп 1/4 длины волны и иметь М/4 точек apf у».»е»»га.

Ta««a:. ; адрес блока 8 памяти однозначно связан с содержимым, то для формирова»п»я

-адреса используется период»чность кода в сумматоре 9 и преобразование кода при переходе в разия»ныс сегменты, соответствующие четве1этям дл)»ны волны. Пусть адрес из сумматора 9 формируется m разряд)»ь»м кодом,.где гп =

rrl

= loqqM. Предельное значение адреса равно 2 — 1.

Пусть на каком-либо шаг:- выборки код адреса

2») стал равным и > 2 — 1. В этом случае в разрядах сумматора 9 останется код, равный n — Рь 1. ffff »»cpa)pfraffccти адресации необходимо, чтобы .с инная величина адреса эыла равна и — 2п1 1+ 1.

Зти действия Осуществляк)тся в "ëîêå 10 анализ=Topa команд. После тогс, .как признак переполнения кода из гп + 1 разряда поступит в блок 10 анализатора команд,. будут выработаны сигналы. инвертирования содержимого сумматора 9 и ече-. (увели »ент»я содеожим»2»-о сумматора на ед»»»»иду ). Последовательность действий инверсии f счета Определяется обстоятельством — четное или нечетное »исло раа- происходило переполнение. На фиг. 3 приведена кривая функции косинуса. Если проанализировать од»пт цикл изменения функиии косинуса на периоде 0,2 представленньп» для рассматриваемогс примера на 16 точек, то можно обнаружить, что существует две четверти, f) которых аргумент. функции (приведенный к аргументу четверти длины волны) увеличивается — 1 и ill четверти и две четверти, 690494 в которых аргумент уменьшается — II и !Ч.

Четверти с увеличением аргумента соответствует четному числу переполнения разрядной сетки адреса (О и 2), а четверти с уменьшением аргумента — нечетному числу переполнения (1 и 3).

Четность или нечеткость числа переполнений определяет текущую команду для изменения аргумента на сумматоре 9. При четном числе вырабатывается сложение величины аргумента на сумматоре 9 с содержанием регистра 7, а при нечетном — вычитание.

Знак косинуса из блока 8 памяти определится состоянием m + 2 разряда сумматора 9, На

f фиг. 3 видно, что во II и !1! четвертях знак косинуса отрицательный. Действительно,в 1 четверти 5 знак m +2разряда равен нулю,,во II четверти он равен единице (соответствует минусу) после инвертирования. Инвертирование после перехода из II четверти в III ие изменит его, т.к. команда счета после инвертирования даст снова перенос в m + 2 разряд. Только после перехода иэ И четверти в !Н состояние разряда m+ 2

; изменится.

После выполнения всех вычислений,что будет определено по сигналам переполнения счетчика 11 кратности произведений и счетчика 12 ординаты, содержимое интегратора 4 через блок

13 элементов И будет выдано на вход в блок накопителей 14.

Замена вероятностной множашей матрицы дает выигрыш в оборудовании в 45 раз. Действительно, сложность оборуцования параллельного двоичного сумматора равна А1оцас1; сложность

ПЗУ íà с!/2 чисел равна и/2 В; интегратор имеет сложность сп, где значения коэффициентов А, З5

В, C для элементной базы иа ИС серии 155 (" Логика — 2") указаны выше, а и-требуемая разрядность результата.

Остальные блоки (9, 6, 3) не трубуют боль4О

IIIoI.o оборудования и представляют собой следующие узлы, Анализатор команд сложения 9— это один триггер со счетным входом, линейный преобразователь"код-вероятность" 6 — 8 одноразрядных схем сравнения; анализатор знака

3 — 13 элементов И. Реализованные на интегральных схемах Логика — 2 (серия 155) они составляют 13 корпусов оборудования.

Суммарная сложность измерителя спектра мощности при реализации на элементах серии

155 (сдвиговые регистры раализованы на элементе МОП-структуры серии 144 по 21 разряду сдвигового регистра в корпусе) для 64 ординат измерений корреляционной функции составляет

155 корпусов интегральных схем,;то во много раз меньше, чем в прототипе.

Формула изобретения

Вероятностный измеритель спектра мощности, содержащий блок накопителей, генератрр случайных чисел, подключенный к первому входу основного преобразователя "код-вероятность", блок памяти, регистр и два счетчика, о т л ич а ю шийся тем, что с целью сокрашения объема оборудования он содержит блок регистров, вход которого является входом устройства, блок анализатора знака, блок анализатора команд, интегратор, дополнительный преобразователь "код-вероятность", сумматор, блок элементов И, причем входы сумматора подключены к управляющим выходам блока анализатора команд и к выходам регистра, а выходы — ко

1 входу блока анализатора команд, к первому входу блока анализатора знака и к блоку памяти, выход которого подключен ко входу дополнительного преобразователя "код-вероятность", второй вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, а выход — ко второму входу блока анализатора знака, третий вход которого подключен к выходам основного преобразователя "код-вероятность", а четвертый— к выходу блока регистров, который подключен к его входу и ко второму входу основного преобразователя "код-вероятность", вход блока накопителей соединен с выходом блока элементов

И, входы которого подключены соответственно к выходам счетчика ординат, счетчика кратности произведений и интегратор, входы которого подключены к выходам блока анализатора знака, а выходы счетчика кратности произведений подключены ко входам блока анализатора команд и счетчика ординат.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. M., "Энергия", 1972, с. 234 — 257, 2. Авторское свидетельство СССР И 442739,. кл. 6 06 F 15/34, 1975 (прототип).

Составитель В. Жовинский

Техред Сжигай Корректор В Синицкая

Редактор Д. Зубов

Тираж 780 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, М!осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6486/58

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4