RU2771593C1 - Probabilistic apparatus for calculating the average total power - Google Patents
Probabilistic apparatus for calculating the average total power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771593C1 RU2771593C1 RU2021103650A RU2021103650A RU2771593C1 RU 2771593 C1 RU2771593 C1 RU 2771593C1 RU 2021103650 A RU2021103650 A RU 2021103650A RU 2021103650 A RU2021103650 A RU 2021103650A RU 2771593 C1 RU2771593 C1 RU 2771593C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- probabilistic
- input
- output
- counter
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/38—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation
- G06F7/48—Methods or arrangements for performing computations using exclusively denominational number representation, e.g. using binary, ternary, decimal representation using non-contact-making devices, e.g. tube, solid state device; using unspecified devices
- G06F7/52—Multiplying; Dividing
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/60—Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers
- G06F7/70—Methods or arrangements for performing computations using a digital non-denominational number representation, i.e. number representation without radix; Computing devices using combinations of denominational and non-denominational quantity representations, e.g. using difunction pulse trains, STEELE computers, phase computers using stochastic pulse trains, i.e. randomly occurring pulses the average pulse rates of which represent numbers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения характеристик случайных процессов в системах автоматического контроля и управления.The invention relates to the field of automation and computer technology and can be used to measure the characteristics of random processes in automatic control and management systems.
Известны устройства аналогичного назначения, построенные на основе специализированных арифметико-логических устройствах [Василенко А.Д., Кутасевич В.П., Мусич Ю.В. Устройство для измерения средней мощности сигналов в каналах и трактах систем связи. AC SU 10950831 опубл. 30.05.1984]. Основными их недостатками являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.Known devices for a similar purpose, built on the basis of specialized arithmetic logic devices [Vasilenko A.D., Kutasevich V.P., Musich Yu.V. A device for measuring the average power of signals in channels and paths of communication systems. AC SU 10950831 publ. May 30, 1984]. Their main disadvantages are relatively large hardware volume and low performance.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка устройства для вычисления средней полной мощности случайного сигнала при вероятностном представлении данных обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.The task to be solved by the claimed invention is the development of a device for calculating the average total power of a random signal with a probabilistic representation of data with a small hardware volume and the ability to process a signal in real time.
Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация основных математических операций.The solution of the technical problem is achieved by using a probabilistic form of data representation, in connection with which the hardware implementation of the main mathematical operations changes.
В общем виде суть стохастического или вероятностного преобразования информации в непозиционное вероятностное отображение заключается в том, что любому значению преобразуемой величины можно привести в соответствие некоторую вероятность - вероятность того, что значение преобразуемой величины будет больше величины, сгенерированной случайным образом внутри диапазона изменения преобразуемой величины.In general, the essence of the stochastic or probabilistic transformation of information into a non-positional probabilistic mapping is that any value of the converted value can be associated with a certain probability - the probability that the value of the converted value will be greater than the value generated randomly within the range of the converted value.
В наиболее простом случае, значение параметра преобразуемой величины либо всегда положительно, либо всегда отрицательно, а сам процесс преобразования выполняется в соответствии с правилом:In the simplest case, the value of the parameter of the converted quantity is either always positive or always negative, and the conversion process itself is performed in accordance with the rule:
где xi - i-e значение параметра преобразуемого сигнала X(t);where x i - ie the value of the parameter of the converted signal X(t);
R(tij) - j-e значение параметра вспомогательного случайного сигнала R(t), изменяющегося в интервале изменения X(t);R(t ij ) - je the value of the auxiliary random signal parameter R(t), changing in the range of X(t);
- число циклов преобразования сигнала X(t); - number of signal conversion cycles X(t);
- количество статистических испытаний каждого значения xi, внутри временного интервала Δti=ti+1-ti; - the number of statistical tests of each value x i within the time interval Δt i =t i+1 -t i ;
yij - значение вероятностного отображения параметра сигнала xi, из ряда y ij - the value of the probabilistic display of the signal parameter x i , from the series
Вероятностное отображение обладает свойствами синхронности (тактируемости) и независимости каждого члена отображения от любого другого.A probabilistic mapping has the properties of synchronism (clocking) and independence of each member of the mapping from any other.
Первое свойство заключается в том, что формирование членов вероятностного отображения производится через постоянный интервал времени Δti=ti+1-ti, определяемый частотой ƒj=1Δtj выполнения правила (1).The first property is that the formation of members of the probabilistic mapping is carried out at a constant time interval Δt i =t i+1 -t i , determined by the frequency ƒj=1Δt j of the rule (1).
Свойство независимости каждого члена вероятностного отображения yij от любого другого следует из того факта, что получение вероятностного отображения соответствует схеме испытаний Бернулли. Для случайной последовательности, полученной в соответствии с данной схемой, автокорреляционная функция представляет собой δ-функцию при τ=0. Для доказательства этого следует показать, что повторные испытания в соответствии с (1) также являются независимыми. Значения вспомогательной случайной функции R(t) формируются в дискретные моменты времени. В любой момент времени функция может находиться только в одном из своих состояний rtj с вероятностью Pj(t). Очевидно, что для любого tThe property of independence of each member of the probabilistic mapping y ij from any other follows from the fact that obtaining a probabilistic mapping corresponds to the Bernoulli test scheme. For a random sequence obtained in accordance with this scheme, the autocorrelation function is a δ-function at τ=0. To prove this, it should be shown that the repeated tests in accordance with (1) are also independent. The values of the auxiliary random function R(t) are formed at discrete times. At any time, a function can only be in one of its states r tj with probability P j (t). Obviously, for any t
и при заданных вероятностях Pj(t) распределение rij может быть задано плотностью вероятности:and for given probabilities P j (t) the distribution r ij can be given by the probability density:
гдеwhere
есть распределение фиксированной величины rij, определяемое функцией Дирака.is the distribution of a fixed quantity r ij determined by the Dirac function.
Использование этих свойств и применение вероятностно представленных дискретных сигналов позволяет упростить функциональные узлы для выполнения арифметических и логических операций, в частности, сложения, вычитания, умножения, возведения в целую степень, деления, компарации и т.д. и, тем самым, резко уменьшить их аппаратурный объем.The use of these properties and the use of probabilistically presented discrete signals makes it possible to simplify functional units for performing arithmetic and logical operations, in particular, addition, subtraction, multiplication, raising to an integer power, division, comparison, etc. and, thereby, sharply reduce their hardware volume.
С учетом исходного правила преобразования, вероятности появления «1» и «0» в вероятностном отображении равняются:Given the original transformation rule, the probabilities of the occurrence of "1" and "0" in the probabilistic display are:
Математическое ожидание от вероятностного отображения определяется через ряд распределения для дискретной случайной величины уи The mathematical expectation of a probabilistic mapping is determined through a distribution series for a discrete random variable y and
ТогдаThen
Таким образом, вероятность появления «1» в вероятностном отображении есть математическое ожидание от отображения и численно равняется значению интегрального закона распределения вспомогательного сигнала R(t) при уровне сравнения х.Thus, the probability of the appearance of "1" in the probabilistic display is the mathematical expectation of the display and is numerically equal to the value of the integral distribution law of the auxiliary signal R(t) at the comparison level x.
Особый интерес представляет случай, когда вспомогательный случайный сигнал R(t) подчиняется равномерному закону распределения в соответствии с Of particular interest is the case when the auxiliary random signal R(t) obeys a uniform distribution law in accordance with
Для него последнее выражение для математического ожидания (2) перепишется в виде:For it, the last expression for the mathematical expectation (2) will be rewritten as:
т.е. имеем случай линейного вероятностного преобразования.those. we have the case of a linear probabilistic transformation.
Реализация вычислительных устройств, выполняющих арифметические и логические операции над вероятностными отображениями, приводит к многократному уменьшению аппаратного объема вычислительного устройства, а само вероятностное представление и преобразование информации обеспечивает помехоустойчивость и криптографическую стойкость обрабатываемой и передаваемой информации.The implementation of computing devices that perform arithmetic and logical operations on probabilistic mappings leads to a multiple reduction in the hardware volume of the computing device, and the probabilistic representation and transformation of information itself provides noise immunity and cryptographic stability of the processed and transmitted information.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является уменьшение аппаратного объема устройства вычисления средней полной мощности случайного сигнала и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем выполнения арифметической операции умножения над вероятностно представленными данными.The technical result provided by the above set of features is to reduce the hardware volume of the device for calculating the average total power of a random signal and the possibility of processing the input signal in real time, achieved by performing an arithmetic multiplication operation on probabilistically presented data.
Для эргодических стационарных случайных сигналов, квантованных по времени в соответствии с теоремой Котельникова, выражение для оценки математического ожидания (3) имеет вид:For ergodic stationary random signals, quantized in time in accordance with the Kotelnikov theorem, the expression for estimating the mathematical expectation (3) has the form:
где N- объем выборки измеряемого случайного процесса X(t).where N is the sample size of the measured random process X(t).
Учитывая, что при однолинейном однополярном вероятностном преобразовании каждое значение заменяется соответствующим вероятностным отображением, оценкой xi то есть будет:Considering that in a one-line unipolar probabilistic transformation, each value is replaced by the corresponding probabilistic mapping, the estimate x i i.e. will:
Подставляя последнее выражение в выражение для вычисления оценки математического ожидания и, для упрощения записи, заменяя {M[X(t)]}* на mx*, получим выражение для вычисления оценки математического ожидания при вероятностной форме представления информацииSubstituting the last expression into the expression for calculating the estimate of the mathematical expectation and, to simplify the notation, replacing {M[X(t)]}* with m x *, we obtain an expression for calculating the estimate of the mathematical expectation in the probabilistic form of information representation
илиor
Измерение средней полной мощности случайного сигнала отличается от измерения среднего тем, что усредняется не x(t), а его квадрат.The measurement of the average total power of a random signal differs from the measurement of the average in that it is not x(t) that is averaged, but its square.
Тогда, для эргодических стационарных случайных сигналов, квантованных по времени в соответствии с теоремой Котельникова, выражение для оценки средней полной мощности имеет вид:Then, for ergodic stationary random signals, quantized in time in accordance with the Kotelnikov theorem, the expression for estimating the average total power has the form:
В соответствии с этим выражением устройство вычисления оценки средней полной мощности случайного сигнала должна состоять из двух вероятностных преобразователей, генератора тактовых импульсов, двух конъюнкторов на два входа и двух накопительных счетчиков - счетчика результата и счетчика произведения N*K.In accordance with this expression, the device for calculating the estimate of the average total power of a random signal should consist of two probabilistic converters, a clock generator, two conjunctors for two inputs and two accumulative counters - a result counter and a product counter N*K.
Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг., на котором изображена функциональная схема вероятностного устройства вычисления математического ожидания, где:The essence of the invention is illustrated by the drawing Fig., which shows a functional diagram of a probabilistic device for calculating the mathematical expectation, where:
1.1 и 1.2 - вероятностный преобразователь (в качестве которого может быть использован - Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е. Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение; Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) опубл. 10.07.2018 Бюл. №18);1.1 and 1.2 - probabilistic converter (which can be used - Moiseev D.V., Sapozhnikov N.E. Binary code converter - probabilistic display; Pat. 2660831 Russian Federation, IPC H03M 7/00 (2006.01) publ. 10.07. 2018 Bull. No. 18);
2.1 и 2.2 - двухвходовой конъюнктор;2.1 and 2.2 - two-input connector;
3 - счетчик результата;3 - result counter;
4 - генератор тактовых импульсов;4 - clock pulse generator;
5 - счетчик произведения N×K;5 - counter product N×K;
6 - блок переписи результатов.6 - block of census results.
Входной измеряемый случайный сигнал одновременно подается на оба вероятностных преобразователя (1.1 и 1.2), где одновременно осуществляется квантование сигнала по времени, за счет синхроимпульсов с генератора тактовых импульсов (4), в соответствии с теоремой Котельникова, и вероятностное преобразование каждого квантованного значения xi, в вероятностные отображения Y1i(t) и Y2i(t). Их перемножение осуществляется на конъюнкторе (2.1). При переполнении счетчика произведения N×K (5) его выходной сигнал перекрывает поступление вероятностного отображения квадрата (средней полной мощности), через второй конъюнктор (2.2) на счетчик результата (3) и выдает значение оценки средней полной мощности через блок переписи (6) на выход схемы. Разрядность счетчиков выбирается, исходя из требуемой точности измерений и вычислений, а также полосы пропускания измерителя.The input measured random signal is simultaneously fed to both probabilistic converters (1.1 and 1.2), where the signal is simultaneously quantized in time, due to clock pulses from the clock generator (4), in accordance with the Kotelnikov theorem, and the probabilistic transformation of each quantized value x i , into probability mappings Y 1i (t) and Y 2i (t). Their multiplication is carried out on the conjunctor (2.1). When the counter of the product N × K (5) overflows, its output signal blocks the arrival of the probabilistic square mapping (average total power) through the second conjunctor (2.2) to the result counter (3) and gives the value of the estimate of the average total power through the census block (6) to schema output. The digit capacity of the counters is selected based on the required accuracy of measurements and calculations, as well as the bandwidth of the meter.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства вычисления средней полной мощности случайного сигнала на основе вероятностного представления информации состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.The technical and economic efficiency of the proposed device for calculating the average total power of a random signal based on the probabilistic representation of information consists in reducing its hardware volume while maintaining accuracy characteristics and the possibility of processing the input signal in real time.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021103650A RU2771593C1 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Probabilistic apparatus for calculating the average total power |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021103650A RU2771593C1 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Probabilistic apparatus for calculating the average total power |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2771593C1 true RU2771593C1 (en) | 2022-05-06 |
Family
ID=81458835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021103650A RU2771593C1 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Probabilistic apparatus for calculating the average total power |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2771593C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU218829U1 (en) * | 2023-02-17 | 2023-06-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Device for calculating conditional probabilities of hypotheses when a joint event occurs |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1095083A1 (en) * | 1983-03-10 | 1984-05-30 | Предприятие П/Я В-8791 | Device for measuring average power of signals in communication system channels and circuits |
US7937388B2 (en) * | 2008-08-20 | 2011-05-03 | International Business Machines Corporation | Probabilistic lossy counting |
RU2613027C1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-03-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Quantum generator of random numbers |
RU171033U1 (en) * | 2017-01-10 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации | PARALLEL PROBABILITY SUMMER |
RU2652523C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-26 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации | Probabilistic device for calculating spectral density of signal |
-
2021
- 2021-02-12 RU RU2021103650A patent/RU2771593C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1095083A1 (en) * | 1983-03-10 | 1984-05-30 | Предприятие П/Я В-8791 | Device for measuring average power of signals in communication system channels and circuits |
US7937388B2 (en) * | 2008-08-20 | 2011-05-03 | International Business Machines Corporation | Probabilistic lossy counting |
RU2613027C1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-03-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Quantum generator of random numbers |
RU171033U1 (en) * | 2017-01-10 | 2017-05-17 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации | PARALLEL PROBABILITY SUMMER |
RU2652523C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-26 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации | Probabilistic device for calculating spectral density of signal |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU218829U1 (en) * | 2023-02-17 | 2023-06-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "4 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Device for calculating conditional probabilities of hypotheses when a joint event occurs |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Casdagli | A dynamical systems approach to modeling input-output systems | |
WO2014023607A1 (en) | System and method for updating a data structure with sensor measurement data | |
Sapozhnikov et al. | Advantages of using the probabilistic form of information representation in information-control systems | |
Zhu et al. | On the analysis and improvement of min-entropy estimation on time-varying data | |
Kříž | Finding chaos in finnish gdp | |
Kumar | A quantile approach of Tsallis entropy for order statistics | |
Allini et al. | Evaluation and monitoring of free running oscillators serving as source of randomness | |
RU2771593C1 (en) | Probabilistic apparatus for calculating the average total power | |
Kříž | Chaotic analysis of the GDP time series | |
RU2761500C1 (en) | Probability apparatus for calculating the expected value | |
Melnychuk et al. | The structure and components of embedded special processors for determination of entropy signals and random messages | |
RU181260U1 (en) | PROBABILITY SUBTRACTOR | |
Nykolaichuk et al. | Theoretical Principles for Determining Correlation Entropy, Structure and System Characteristics of Special-Purpose Processors | |
RU2602674C1 (en) | Device for calculating functions | |
Majumdar et al. | Persistence in a stationary time series | |
CN113609648B (en) | Dynamic load-based electric energy error metering method and device and electronic equipment | |
RU2803254C1 (en) | Probabilistic device for calculation of variance | |
CN110399626B (en) | Thermal noise jitter estimation method of true random number generator based on ring oscillator | |
Voronych et al. | Methods and Special Processors of Entropy Signal Processing | |
Voronych et al. | Theory and methods of assessment entropy of signals for data transmission systems | |
RU2343628C2 (en) | Method of converting random numbers with arbitrary distribution law to random numbers with uniform distribution law | |
Song et al. | Implementable mse-optimal dynamic partial-overlapping batch means estimators for steady-state simulations | |
Sojka et al. | lmRNG: A Lightweight Pseudorandom Number Generator for Wireless Sensor Networks. | |
CN104579647B (en) | Chaos pseudo random sequence stability of linear complexity Measurement Method based on fuzzy entropy algorithm | |
RU187997U1 (en) | PROBABILITY OF FINDING AN ANALYTICAL PROBABILITY FOR A GROUP OF JOINT EVENTS IN A DIRECTED GRAPH |