Детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТБДЬСТВУ р>773625 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1902.79 (21) 2725928/18-24

» с присоединением заявки ¹ (53)М. Кл.з

G 06 F 15/31

Государственный комнтет

СССР по делам изобретенпй н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 23.1080. Бюллетень № 39

Дата опубликования описания 02. 11. 80

{53) УДК 681.

° 323(088.8).

В.Г.Корчагин, Л.Я.Кравцов, Д.Е.Лакийчук, Ю.Б.Садомов и Л.М.Хохлов (72) Авторы изобретения

Государственное союзное конструкторско-технологическое бюро по проектированию счетных машин (71) Заявитель (54) ДЕТЕРИИНИРОВАННО-ВЕРОЯТНОСТНЫЯ

СПЕКТРОКОРРЕЛОМЕТР

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

Известно устройство для вычисления статистических характеристик случайных процессов (1j.

Основным недостатком известного спектрокоррелометра является последовательный процесс вычисления статистических характеристик: вначале зна-15

О чений корреляционной функции, а затем значений спектральной плотности мощности. При вычислении спектральной плотности мощности на основании Фурье-преобразования кор- 20 реляционной функции необходимо многократно вероятностно кодировать как значения корреляционной функции, так и значения косинуса. Для достижения удовлетворительной точности вычисления спектральной плотности мощности 5-10% требуется кратность кодирования, в сотни раз превышающая кратность кодирования при вычислении -корреляционной функции. 30

Известен вероятностный спектро коррелометр, содержащий блок центрирования, первый вход которого является входом спектрокоррелометра, а выход подключен к первому входу. первого блока вентилей, выход которого соединен с первым входом блока вероятностного округления, выход которОго соединен со входом динамического регистра, охваченного обратной связью, выход которого подключен к первому входу регистра числа, первый выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к первому входу блока вероятностного умножения, второй вход которого подключен к выходу второго блока .сравнения, а выход соединен с информационным входом блока памяти, первый выход которого подключен ко второму входу блока центрирования, второй — через блок определения коэффициента масштаба соединен со вторым входом первого блока вентилей, второй вход блока вероятностного округления, второй вход первого и первый вход второго блоков сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами генератора случайных чисел, 773625 второй вход второго блока сравнения подключен к выходу блока вероятностного округления, управляющие входы первого блока вентилей, динамического регистра, блока памяти.и регистра числа соединены соответственно с первыми четырьмя выходами блока управления, выход генератора гармонических функций соединен с первым и вторым входами блока вентилей и со вторым входом регистра числа, управляющий вход гторого блока вентилей соединен с пятым выходом блока управления, выход второго блока вентилей подключен к третьему входу второго блока сравнения, третий выход блока памяти соединен со вторым входом регистра числа (2).

Недостатком известного вероятностного спектрокоррелометра является невысокая точность вычисления статических характеристик (CX) при малых выборках и невозможность вычисления спектральной плотности мощности по корреляционной функции, что требуется в ряде случаев для быстротекущих процессов.

Цель изобретения — повышение точности вычисления ординат корреляционной функции и спектральной плотности мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических функций„ блок центрирования, первый вход которого является входом спектрокоррелометра, второй соединен с первым выходом блока памяти, а выход — c первым входом первого блока элементов И, второй вход которого через блок масштабирования соединен с вторым выходом блока памяти, динамический сдвигающий регистр, охваченный обратной связью, первый вход которого подключен к выходу первого блока элементов

И, второй вход — к первому выходу блока син>Гронизации, а выход динамического сдвигающего регистра соединен с первым входом регистра числа, второй вход которого подключен ко второму выходу блока синхронизации, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно ко второму входу динамического сдвигающего регистра, к первому входу блока памяти и к первому входу второго блока элементов И, выход регистра числа соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, а выход подключен ко входу блока синхронизации, введен сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго блока элементов И, второй вход сумматора объединен с четвертым входом первого блока элементов И и подключен к третьему выходу блока памяти, выход сум45

N матора соединен со вторым входом блока памяти, второй и третий входы второго блока элементов И подключены соответственно к выходу первого блока элементов И и к выходу динамического сдвигающего регистра, выход генератора гармонических функций соединен с третьим входом регистра числа.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр содержит блок центрирования 1, первый блока элементов И 2, динамический сдвигающий регистр 3, блок синхронизации 4, регистр числа 5, блок сравнения 6, второй блок элементов И 7, генера- < тор псевдослучайных чисел 8 (ГПСУ), блок масштабирования 9, блок памяти 10, сумматор 11, генератор гармонических функций 12.

Повышение точности вычисления CX в предлагаемом устройстве достигается за счет реализации детермированно-вероятностного метода вычисления (ДВМ) СХ, состоящего в том, что в вероятностную бинарную последовательность преобразуется только оди из пары сомножителей, участвующих при реализации оценочных сумм вычисляемых СХ. В результате операция умножения заменяется операцией сложения 1-разрядных кодов, представля ющих второй сомножитель, а точность вычисления СХ существенно повышается.

Работа спектрокоррелометра в режиме вычисления спектра S (j) по Фурьепфеобразованию реализации случайного процесса происходит следующим образом.

Перед началом работы по коМанде

"Начальная установка" все блоки устройства устанавливаются в исходное состояние, после чего устройство ro тово к работе. Дискретный случайный процесс в виде и-разрядный кодов, представляющих ординаты процесса, поступает через блок центрирования 1 и блок элементов И 2 на вход динамического сдвигающего регистра 3 °

После заполнения динамического регистра 3 на-первый блок 2 из блока синхронизации 4 поступает сигнал запрета и начинается процесс вычисления точечной оценки периодограммы для С-того участка. При этом первое число поступает через второй блок элементов И 7 на вход сумматора 11. Одновременно с этим из генератора гармонических функций 12 на регистр числа 5 заносится соответствующее значение косинуса и через него подается на вход блока сравнения 6, где сравнивае."ся с числом из генератора псевдослучайных чисел

8 и в виде случайной последовательности "1" и "0" поступают в блок синхронизации 4. Производится умно773625 жение ординаты случайного процесса на значение косинуса. При этом в блоке синхронизации анализируется последовательность "1" и "0", поступающая из блока сравнения 6. При наличии

"1" значение ординаты случайного

5 ,процесса на сумматоре 11 складывается с соответствующей оценкой,, ранее накопленной суммы А= ; о - .При наличии "0" операция суммирования не производится. Процесс детерминированно-вероятностного умножения может повторяться в зависимости от числа испытаний ж, установленной на блоке синхронизации 4 и требуемой точности. По окончании умножения этих величин из генератора гармонических функций 12 через регистр числа 5 »а вход блока сравнения 6 подается .соответствующее значение синуса и повторяется процесс детерминированно-вероятностного умножения. 20

После q сдвигов динамического сдвигающего регистра 3 генератор гармонических функций 12 блокируется сигналом из блока синхронизации 4 и из блока памяти 10 на сумматор 11 поступает оценка накопленной суммы A u производится ее квадрирование. Затем такая же операция повторяется для оценки второй суммы B=masi †" . Резуль =о таты квадрирования, соответствующие

j-му номеру вычисляемой точки периодограммы, складывается на сумматоре

11, а затем прибавляются к соответствующему значению суммы, накопленной на предыдущих участках. На этом процесс вычисления j-ой точки периодограммы заканчивается и описанный процесс полностью повторяется для (j+1)-ой точки периодограммы. Так происходит q раз.

Затем снимается сигнал запрета и динамический сдвигающий регистр за полняется новыми q-значениями случайного йроцесса. Описанная последовательность операций повторяется.

Так происходит k paa. 45

После окончания вычислений с блока памяти 10 выдается результат во внешнее устройство.

В режиме вычисления корреляционной функции детерминированно-веро- 5О ятностный спектрокоррелометр,работает следующим образОм.

Перед началом работы по команде

"Начальная установка" все блоки устройства устанавливаются в исходное состэяние, после чего оно готово к работе.

Дискретный случайный процесс в виде и-разрядных кодов, представляющих ординаты процесса, поступает через блок центрирования 1 и блок элемен- 60 тов И 2 на вход .динамического сдвигающего регистра 3 и через блок элементов И 7 на сумматор 11.

С выхода динамического сдвигающего регистра 3 центрированные ордина-. 65 ты случайного процесса выходят в следующем порядке Х; %,; Х.„;

1 j-с((и

Й„где Й.„— центрированная величина i-ой ордийаты случайного процесса X(t), а — число запоминаемых ординат в динамическом регистре 3, по управляющим сигналам из бЛока синхронизации поступают последовательно на регистр числа 5.

После записи каждой центрированной ординаты на регистр числа 5 организуется многократное сравнение содержимого регистра 5 на блоке сравнения 6 с содержимым ГПСЧ 8. Результаты сравнения поступают в блок синхронизации 4, в зависимости от них содержимое сумматора либо остается о без изменения (при Х„ „, С ГПСЧ, где р — номер текущей дискреты упреждения ординаты относительно ординаты Х;), либо суммируется с содержимым блока памяти 10 при Х„ <ГПСЧ.

Адрес блока памяти меняется синхронно со сдвигом блока динамического сдвигающего регистра 3 по сигналам из блока синхронизации 4. Изменение адреса блока памяти 10 и сдвиг в блоке динами еского сдвигающего регистра 3 производится после того, как исчерпается требуемое количество сравнений содержимого регис=ра

5 и ГПСЧ 8.

Процесс вычисления корреляционной функции заканчивается после исчерпывания требуемого числа ординат.

Вычисление спектральной плотности -мощности по Фурье-преобразованию корреляционной функции организуется в два этапа. На первом этапе вычисленная корреляционная функция переписывается из блока памяти

10 через блок элементов И 2 в блок динамического сдвигающего регистра

3, откуда они на этапе собственно вычисления ординат спектральной плотности мощности передаются через блок элементов И 7 на сумматор 11.

Соответствующие значения cos9 из генератора гармонической функции

12 поступают в регистр числа 5 и из него подаются на сравнение в блок сравнения 6, где сравниваются с числами генератора псевдослучайных чисел 8. Вначале идет накопление на сумматоре нулевой ординаты спектральной плотности мощности. После вычисления ординаты спектра производится вычисление следующей ординаты и т.д. Процесс заканчивается вычислением последней а-ой ординаты .спектра. Спектральная плотность вычисляется по корреляционной функции согласно соотношению

0,-1 ЯР (j)=4 к (р)«к =o q, х р=о

Для разъяснения сущности предложенного изобретения рассмотрим процесс

773625

Формула изобретения

Составитель В.Жовинский

Редактор Е. Лушникова Техред М. Рейвес

Корректор Н.Стец

Заказ 7506/62 Тираж 751

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вычисления корреляционной функции

Ее(р). Оценка К (р)прн использовании

ДЙИ имеет вид:

М- P o < o ®(Р) (g p) Я (4 1 х

ЮХ С."u. к.=х.- гДе 04„ В 0,1 вероятностное отображе ние ординаты СП Й, Так как И (0 „) =1,р, то

H p и, следовательно, оценка Кх(р) является несмещенной.

Можно показать, что точность предложенного устройства более чем в

2 раза превосходит точность известного при одинаковом. быстродействии.

При этом аппаратурные затраты по сравнению с известйым возрастают на 20%.

Детерминированно-вероятностный спектрокоррелометр, содержащий генератор гармонических функций, блок 25 центрирования, первый вход которого является входом спектрокоррелометра, второй соединен с первым выходом лоха памяти, а выход — с первым входом первого блока элементов -И, щ второй вход которого через блок масщтабирования соединен со вторым выходом блока, памяти, динамический сдвигающий регистр, охваченный обратной связью, первый вход которого З5 подключен к выходу первого блока элементов И, а второй вход - к первому выходу блока синхронизации, а выход динамического сдвигающего регистра соединен с первым входом регистра числа, второй вход которого подключен ко второму выходу блока синхронизации, третий, четвертый и пятый выходы которого подключены соответственно ко второму входу динамического сдвигающего регистра, к первому входу блока памяти и к первому входу второго блока элементов

И, выход регистра числа соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, а выход подключен ко входу блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и йq я тем, что, с целью новьзаения точности, в. спектрокоррелометр вве,ден сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго блока элементов И, второй вход сумматора объединен с четвертым входом первого блока элементов И и подключен к третьему выходу блока памяти, выход сумматора соединен со вторым входом блока памяти, второй и третий входы второго блока элементов И подключены соответственно к выходу первого блока элементов И и к выходу динамического сдвигающего регистра, выход генератора гармонических функций соединен с третьим входом регистра числа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 432509, кл. 6 06 F 15/34, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

rio заявке 9 2428338/18-24, кл. С 06 F 15/34, 1976.