SU1735836A1 - Method of determining vector-matrix transformation results in concurrent acoustooptical processing units - Google Patents
Method of determining vector-matrix transformation results in concurrent acoustooptical processing units Download PDFInfo
- Publication number
- SU1735836A1 SU1735836A1 SU894697766A SU4697766A SU1735836A1 SU 1735836 A1 SU1735836 A1 SU 1735836A1 SU 894697766 A SU894697766 A SU 894697766A SU 4697766 A SU4697766 A SU 4697766A SU 1735836 A1 SU1735836 A1 SU 1735836A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- numbers
- alternating
- optical
- input
- signals
- Prior art date
Links
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к оптической вычислительной технике с выполнением математических операций с помощью оптических или электрооптических элементов, в частности к оптическим средствам дл определени результатов векторно-матричных преобразоИзобретение относитс к оптической вычислительной технике с выполнением математических операций с помощью оптических или электрооптических элементов, в частности к оптическим средствам дл определени результатов векторно-матричных преобра.- зований в реальном масштабе времени; Известны различные способы определени результатов векторно-матричных преобразований, осуществл емых над ваний в реальном масштабе времени. Цель изобретени - повышение скорости определени и увеличение размерности параллельно обрабатываемых массивов знакопеременных чисел. Формирование радиосигналов, соответствующих обрабатываемым знакопеременным числам, осуществл етс без разделени чисел обрабатываемых массивов на положительные и отрицательные. Зто достигаетс тем, что при формировании радиосигналов, соответствующих знакопеременным числам обрабатываемых массивов, достигаетс однозначное соответствие между знакопеременными числами и формируемыми радиосигналами, в результате чего отпадает необходимость организации независимых каналов вычислений и операции линейной алгебры над знакопеременными числами обрабатываемых массивов , включающие в себ элементарные операции умножени и сложени , могут выполн тьс вне зависимости от знаков обрабатываемых чисел. 3 ил. элементами массивов знакопеременных данных в параллельных оптических «процессорах дл обработки сигналов в реальном масштабе времени. При этом особенностью операций со знакопеременными данными во всех типах оптических процессоров вл етс то, что детекторы световых сигналов, т ,е. фотодетекторы, по своей природе вл ютс квадратичными, т.е. регистрируют квадрат модул комплексной ампг (Л с | ОЭ ел оо w аThe invention relates to optical computing with performing mathematical operations using optical or electro-optical elements, in particular to optical means for determining the results of vector-matrix conversion. The invention relates to optical computing technology with performing mathematical operations using optical or electro-optical elements, in particular to optical means to determine the results of real-time vector-matrix transformations; Various methods are known for determining the results of vector-matrix transformations performed on real-time studies. The purpose of the invention is to increase the speed of determination and increase the dimension of parallel-processed arrays of alternating numbers. The generation of radio signals corresponding to the alternating numbers to be processed is carried out without dividing the numbers of the arrays being processed into positive and negative. This is achieved by forming radio signals corresponding to alternating numbers of processed arrays, there is a one-to-one correspondence between alternating numbers and generated radio signals, which eliminates the need for organizing independent computation channels and linear algebra operations on alternating numbers of processed arrays that include the multiplication operations and additions can be performed regardless of the characters of the numbers being processed. 3 il. array elements of alternating data in parallel optical processors for real-time signal processing. In this case, a feature of operations with alternating data in all types of optical processors is that the detectors of light signals, t, e. Photo detectors are quadratic in nature, i.e. register the square of the modular complex ampg (L with | OE el oo w a
Description
литулы света, представл ющий собой заведомо однопол рную (положительную) величину Поэтому дл определени результатов векторно-матричных преобразований над знакопеременными данными используетс пространственное, временное и частотное разделение каналов вычислений по знакам.Literature of light, which is a deliberately unipolar (positive) value. Therefore, spatial, temporal and frequency separation of computational channels by signs is used to determine the results of vector-matrix transformations over alternating data.
При пространственном разделении каналов вычислений примен ют разделенные в пространстве модул торы света, причем одни модул торы используют дл ввода в оптический процессор положительных данных (положительных временных отсчетов сигналов ) , а другие - дл ввода отрицательных , Поэтому с учетом знаков множимого , множител и результата при перемножении двух знакопеременных отсчетов сигналов необходимо не менее четырех модул торов света и четырех фотодетекторов со схемой обработки (суммирование с учетом знаков ) сигналов, полученных фотодетектированием . При этом дл обработки массивов знакопеременных данных организуют разделение элементов входных массивов (массивов временных отсчетов сигналов) на подмассивы, состо щие только из положительных либо только из отрицательных элементов, и используют четыре канала определени результатов, образованных четырьм област ми модул торов света, разделенных по пространству. В данном случае в первом канале обрабатываютс положительные элементы одного входного массива и отрицательные элементы другого входного массива, в третьем - положительные элементы обоих входных массивов, в четвертом - отрицательные элементы обоих массивов, а затем осуществл ют Фотодетектирование световых сигналов,во всех каналах определени результатов осуществл ют суммирование сигналов, полученных фотодетектированием с учетом знака результата в каждом канале вычислений .In the spatial separation of computation channels, spatially separated light modulators are used, some modulators are used to input positive data (positive time samples of signals) into the optical processor, and others - to input negative ones. Therefore, taking into account the multiplicand, multiplier and result of multiplying two alternating signal samples, you need at least four light modulators and four photodetectors with a signal processing circuit (summing up with signs) of signals obtained x photodetection. At the same time, to process arrays of alternating data, the elements of the input arrays (arrays of time samples of signals) are divided into subarrays consisting of only positive or only negative elements, and use four channels for determining the results formed by four regions of light modulators divided by space . In this case, the first channel processes the positive elements of one input array and the negative elements of the other input array, the third one processes the positive elements of both input arrays, the fourth one processes the negative elements of both arrays, and then performs the photodetection of light signals in all channels Summation of the signals obtained by photodetection based on the sign of the result in each channel of the calculations.
При временном либо частотном разделении каналов определени результатов с элементами массивов, имеющими разные знаки, используют либо модулируемые во времени источники света , причем в разные моменты времени их модулируют в соответствии с значени ми элементов разных знаков, либо формируют радиосигналы с частотным уплотнением (разделением) ка-In time or frequency division of the channels, determination of the results with elements of arrays having different signs use either light sources modulated in time, and at different points in time they are modulated according to the values of elements of different signs, or they form radio signals with frequency multiplexing (separation) -
358364358364
налов (полос частот) дл представлени положительных и отрицательных элементов и осуществл ют их ввод в(frequency bands) to represent positive and negative elements and enter them into
- акустооптические модул торы света, что при дифракции света на акусто- оптических модул торах в оптических процессорах приводит к разделению каналов вычислений по пространству (раз10 делению по углу дифракции).- acousto-optic light modulators, which, when light is diffracted by acousto-optical modulators in optical processors, leads to the separation of computation channels by space (division 10 by the diffraction angle).
Кроме этого, в оптических процессорах дл осуществлени операций со знакопеременными данными, представленными в числовом виде, используют избыточное представление знакопеременных чисел в дополнительном коде , выбира дл представлени число разр дов в несколько раз больше, чем это необходимо дл представлени знакопеременных чисел в дополнительномIn addition, in optical processors, to perform operations with alternating data represented in numerical form, use the redundant representation of alternating numbers in the additional code, choosing to represent the number of bits several times more than is necessary to represent alternating numbers in the additional
1515
2020
5five
00
5five
00
5five
00
5five
коде, и осуществл ют модул цию света в соответствии с этим избыточным представлением, а после осуществлени оптических вычислений, регистрации сигналов фотодетекторами и аналого-цифровом преобразовании этих сигналов определ ют результат посредством перевода цифрового сигнала из избыточного представлени в обычное представление в дополнительном коде.code, and modulates the light in accordance with this redundant representation, and after performing optical calculations, registering the signals with photo detectors and analog-to-digital conversion of these signals, determine the result by transferring the digital signal from the redundant representation to the usual representation in the additional code.
Общим недостатком известных способов определени результатов векторно- матричных преобразований вл ютс oi- раниченна скорость определени результатов преобразований и мала размерность параллельно обрабатываемых массивов, что обусловлено либо избыточным представлением знакопере- менных чисел, т.е. использованием числового представлени с избыточной разр дностью, в несколько раз превосход щую необходимую, либо организацией в оптическом процессоре разделенных по пространству, времени или частоте каналов вычислений в зависимости от знаков элементов обрабатываемых массивов.A common drawback of the known methods for determining the results of vector-matrix transformations is the limited speed of determining the results of transformations and the small dimension of the arrays being processed in parallel, which is either due to the redundant representation of the alternating numbers, i.e. using a numerical representation with an excess bit size, which is several times greater than necessary, or by organizing in an optical processor divided by space, time, or frequency of computation channels, depending on the signs of the elements of the arrays being processed.
Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ определени результатов векторно-матричных преобразований в параллельных акустооптических процессорах, заключающийс в осуществл емом параллельном разделении входных импульсных последовательностей, соответствующих параллельно обрабатываемым элементам двух массивов знакопеременных чисел, на импульсные последовательности , соответствующие положительным числам, и импульсные последовательности, соответствующиеThe closest to the present invention is a method for determining the results of vector-matrix transformations in parallel acousto-optic processors, which consists in performing parallel separation of input pulse sequences corresponding to parallel elements of two arrays of alternating numbers, pulse sequences corresponding to positive numbers, and pulse sequences corresponding to
от0ицательным числам,и формировании радиосигналов посредством модул ции импульсными последовательност ми, соответствующими положительным числам , гармонических несущих сигналов с одинаковыми частотами f, где частота ff выбрана дл представлени положительных чисел, и модул цией импульсными последовательност ми, соответствующими отрицательным числам , гармонических несущих сигналов .с одинаковыми частотами f2, где частота ft выбрана дл представлени отрицательных чисел, и аналоговом сложении (частотном уплотнении) ради сигналов, соответствующих положительным и отрицательным числам, дл чего частоты f и f,Ј выбирают такимindications and radio signal generation by modulating pulse sequences corresponding to positive numbers, harmonic carriers with identical frequencies f, where frequency ff is chosen to represent positive numbers, and modulating pulse sequences corresponding to negative numbers, harmonic carriers. equal frequencies f2, where the frequency ft is chosen to represent negative numbers, and analog addition (frequency multiplexing) for the signals, sponding positive and negative numbers, for which the frequency f and f, J is selected so
образом, чгобы спектры радиосигналов соответствующих частотно-уплотн емым радиосигналам, в которые преобразованы импульсные последовательности дл поЛбжительных и отрицательных чисел, вл лись неперекрывающимис , осуществлении параллельного ввода частотно- уплотн емых радиосигналов в параллельный акустооптический процессор, в котором определение результатов4 векторно-матричных преобра зований осуществл ют параллельное оптическое формирование дискретных сверток с последующим оптическим суммированием сигналов, соответствующих ре-, зультатам получени дискретных сверток , пр мом параллельном фотодетектировании выходных оптических аналоговых сигналов акустооптического процессора, аналоговом параллельном вычитании из группы сигналов, образованных пр мым фотодетектированием и соответствующих положительным по знаку результатам векторно-матричных преобразований, группы сигналов, также образованных пр мым фотодетектированием и соответствующих отрицательным по знаку результатам векторно-матричных преобразований, с образованием разностных сигналов, последующем аналого-цифровом преобразовании разностных сигналов в цифровую форму и цифровым взвешиванием и суммированием этих сигналов дл предсталени в цифровой форме результатов вычислений. При этом раздельное фотодетектирование результатов векторно- матричных преобразований с учетом знков обрабатываемых чисел возможно потому, что при вводе радиосигналов с частотным уплотнением в акустооптиThus, the radio signal spectra corresponding to frequency-compressed radio signals, into which pulse sequences for positive and negative numbers were converted, were non-overlapping, parallel input of frequency-compacted radio signals into a parallel acousto-optic processor, in which the determination of the results of vector-matrix transformations was performed parallel optical formation of discrete convolutions followed by optical summation of signals, corresponding to results of obtaining discrete convolutions, direct parallel photodetection of the output optical analog signals of an acousto-optic processor, analogue parallel subtraction from the group of signals formed by direct photodetection and corresponding positive results of the vector-matrix transformations, groups of signals also formed by direct photodetection and the corresponding negative sign on the results of vector-matrix transformations, with the formation of differential signals , subsequent analog-to-digital conversion of difference signals to digital form and digital weighting and summing of these signals to put the results of calculations in digital form. In this case, separate photodetection of the results of vector-matrix transformations taking into account the characters of the processed numbers is possible because when entering radio signals with frequency multiplexing into acoustooptics
oo
00
5five
ческие чейки оптического процессора вследствие дифракции света на акусто- оптических чейках происходит пространственное разделение (разделение по углу дифракции) оптических сигналов , соответствующих числам различных знаков,,Due to the diffraction of light by acousto-optical cells, the optical cells of the optical processor undergo spatial separation (separation by diffraction angle) of optical signals corresponding to the numbers of different signs,
Недостатком известного способа вл етс низка скорость определени результатов векторно-матричных преобразований и мала размерность параллельно обрабатываемых массивов знакопеременных чисел, так как используетс избыточное представление знакопеременных чисел, т„е. организуетс разделение чисел на положительные и отрицательные и используютс четыре независимых канала определени результатов с последующим суммированием результатов с учетом знаков . При этом дл организации четырех независимых каналов определени результатов используетс частотное уплотнение каналов, т„е. формирование радиосигналов с частотным уплотнением , где часть полосы частот, равна (W/2), при условии, что W - полоса частот пропускани по каждому входу акустооптического процессора, отводитс дл представлени положительных чисел, а друга часть, также равна (W/2), дл представлени отрицательных чисел, с последующим вводом радиосигналов в акустооптический процессор. Причем, если рассматривать каждый отдельный вход акустооптического процессора, то его пропускна способность будет определ тьс количеством информации, передаваемым через него в единицу времени ,, Однако известно, что в соответствии с теоремой Шеннона, пропускна способность С канала с полосой частот W, в котором имеетс произвольный шум, ограничена неравенствомThe disadvantage of the known method is the low speed of determining the results of vector-matrix transformations and the small dimension of parallel-processed arrays of alternating numbers, since the redundant representation of alternating numbers is used, t. the division of numbers into positive and negative is organized and four independent channels for determining the results are used, followed by summing up the results, taking into account the signs. At the same time, frequency multiplexing of channels is used to organize four independent channels for determining the results, i.e. generation of frequency-compressed radio signals, where part of the frequency band is equal to (W / 2), provided that W is the pass band for each input of the acousto-optic processor, is assigned to represent positive numbers, and the other part is also equal to (W / 2) , to represent negative numbers, followed by inputting radio signals to the acousto-optic processor. Moreover, if each individual input of an acousto-optic processor is considered, its throughput will be determined by the amount of information transmitted through it per unit of time. However, it is known that, according to the Shannon theorem, the transmission capacity of a channel with a frequency band W in which there is arbitrary noise, limited by inequality
wbgtji- cswiogJ- s.,wbgtji-cswiogJ- s.,
где Р- средн мощность передавае- 0 мых сигналов;where P is the average power of transmitted signals;
N- средн мощность шума;N is the average noise power;
энтропийна мощность шума, entropy noise power
00
5five
00
5five
т.е. среднегеометрическа мощность шума по различным частотам в полосеWthose. geometric mean noise power at various frequencies in the band
ехр j:logN(f)df, exp j: logN (f) df,
NN
WW
где N (Е) - мощность шума на частоте f.where N (E) is the noise power at frequency f.
Поэтому при использовании частотного уплотнени каналов дл представлени положительных и отрицательных чисел пропускна способность каждого из входов акустооптического процессора уменьшаетс в два раза по сравнению со случаем обработки только положительных чисел, так как в единицу времени на каждый вход акустооптического процессора поступает либо только положительное, либо только отрицательное число, а дл каждого из них отведена полоса (W/2) При этом, так как размерность каждого из двух параллельно обрабатываемых акустооптическим процессором массивов знакопеременных чисел удваиваетс (дл формировани массивов либо только положительных, либо только отрицательных чисел) и используетс частотное уплотнение дл представлени массивов удвоенной размерности, скорость определени результатов векторно-матричных преобразований,, т„е, количество чисел массивов, обрабатываемых в единицу времени, снижаетс в четыре раза по сравнению с обработкой массивов только положительных чисел. Кроме того, при фиксированной величине W, т„е„ полосы частот пропускани по входам акустооптического процессора, возможна размерность параллельно обрабатываемых массивов снижаетс в два раза по сравнению с обработкой массивов только положительных чисел.Therefore, when using frequency channel multiplexing to represent positive and negative numbers, the throughput of each of the inputs of the acousto-optic processor is halved compared to the case of processing only positive numbers, because each time the acousto-optic processor enters either the positive or the negative a number, and for each of them a band is assigned (W / 2). Moreover, since the dimension of each of the two parallel processed acousto-optic it doubles the array of alternating numbers (to form arrays of either only positive or negative numbers) and uses frequency multiplexing to represent arrays of double dimension, the speed of determining vector-matrix transformation results, the number of arrays processed per unit time , is reduced by four times compared to processing arrays of only positive numbers. In addition, with a fixed value of W, t „e„ bandwidth on the inputs of an acousto-optic processor, the dimension of parallel-processed arrays is possible reduced by half as compared with the processing of arrays of only positive numbers.
Целью изобретени вл етс повышение скорости определени увеличени размерности параллельно -обрабатываемых массивов знакопеременных чисел.The aim of the invention is to increase the speed of determining the increase in the dimension of parallel-processed arrays of alternating numbers.
Указанна цель достигаетс тем, что в способе определени результатов векторно-матричных преобразований в параллельных акустооптических процессорах, основанном на формировании из двухуровневых входных импульсных последовательностей, соответствующих цифровому представлению знакопеременных элементов параллельно обрабатываемых массивов, радиосигналов , ввода в акустооптический процессор, осуществл ющий параллельное оптическое формирование дискретных сверток импульсных последовательностей с последующим суммированием оптических сигналов, соответствующих результатам получени дискрет ных сверток, параллельном фотодетектировании выходных оптических сигнаThis goal is achieved by the fact that in the method of determining the results of vector-matrix transformations in parallel acousto-optic processors, based on the formation of two-level input pulse sequences corresponding to the digital representation of alternating sign elements of parallel processed arrays, radio signals, input to an acousto-optical processor implementing parallel optical formation of discrete convolutions of pulse sequences with subsequent summation eskih signals corresponding to the results obtain discrete convolutions parallel output photodetection optical signa
5five
5five
лов, аналого-цифровом преобразовании фотодетектированных сигналов и последующем цифровом взвешивании и суммировании преобразованных сигналов , формируют из входных двухуровневых импульсных последовательностей трехуровневые импульсные пос- педовательности, в процессе получени которых каждую входную двухуровневую последовательность задерживают на временной интервал, равный периоду следовани импульсов во входной двухуровневой импульсной последовательности , вычитают из задержанного сигнала входную двухуровневую импульсную последовательность и прекращают формирование трехуровневой импульсной последовательности после поступлени последнего импульса во входной двухуровневой импульсной последовательности и в процессе формировани радиосигналов ввода в акусто- оптический процессор, осуществл ют сформированными трехуровневыми импульсными последовательност ми балансную модул цию гармонических несущих сигналов с одинаковыми частотами и начальными фазами, а параллельное фотодетектирование выходных оптических сигналов осуществл ют посредством их гетеродинного фотодетектировани на удвоенной по отношению к гармоническим несущим сигналам частоте, синхронно детектируют полученные сигналы с радиосигналами на удвоенной частоте гармонических несущих сигналов, а затем подвергают результат детектировани аналого-цифровому преобразованию, осуществл ютFishing, analog-to-digital conversion of photo-detected signals and subsequent digital weighting and summation of the converted signals form three-level pulse sequences from the input two-level pulse sequences, in the process of obtaining which each two-level input sequence is delayed by a pulse in the two-level pulse sequences, subtract from the delayed signal the input two-level pulse sequence and stop the formation of a three-level pulse sequence after the arrival of the last pulse in the input two-level pulse sequence and in the process of forming radio signals input to the acousto-optical processor, the three-level pulse sequences are balanced by modulating the harmonic carrier signals with the same frequencies and initial phases, and the parallel photodetection of the output optical signals is carried out by their heterodyne photodetection at twice the frequency of harmonic carriers, synchronously detect the received signals with radio signals at twice the frequency of the harmonic carrier signals, and then subject the detection result to analog-digital conversion, carry out
0 над результатом преобразовани цифровое взвешивание и суммирование со знакопеременными сигналами, представленными в дополнительном коде.0 above the result of the conversion is digital weighting and summation with alternating signals presented in the additional code.
Предлагаемый способ отличаетс отThe proposed method differs from
5 известного тем, что формирование ра- диосигналов, соответствующих обрабатываемым знакопеременным числам осуществл етс без разделени чисел обра-, батываемых массивов на положительные5 is known that the formation of radio signals corresponding to the alternating numbers being processed is carried out without dividing the numbers of the arrays being processed into positive
0 и отрицательные и организации четырех независимых каналов определени результатов с учетом знаков обрабатываемых чисел посредством частотного уплотнени каналов при формировании0 and negative and organizations of four independent channels for determining the results taking into account the signs of the processed numbers by means of frequency multiplexing of channels when forming
5 радиосигналов с последующим сложением результатов по четырем независимым каналам с учетом знаков. В предлагаемом способе достигаетс однозначное соответствие между энакопе05 radio signals followed by addition of the results on four independent channels, taking into account the signs. In the proposed method, an unambiguous correspondence is achieved between enacops
5five
ременными числами и формируемыми радиосигналами , в результате чего отпадает необходимость организации независимых каналов, и определение результатов векторно-матричных преобразований , включающее в себ элементарные операции умножени и сложени , может выполн тьс вне зависимости от знаков обрабатываемых чисел Объ сн етс это следующим образом Известно, что особенностью акусто- оптических процессоров на основе алгоритма перемножени чисел посредством дискретной свертки вл етс тоу что основной объем операции при определении результатов векторно-матричных преобразований, а именно операции умножени и сложени , осуществл етс линейной аналоговой оптической системой, после чего провод т фоторегистрацию оптических сигналов на выходе линейной оптической системы акустооптического процессора и посредством электроники выполн ют несложные нелинейные операции аналого-цифрового преобразовани сигналов полученных фотодетектированием, и их цифрового взвешивани и суммировани Поэтому дл осуществлени операций перемножени и сложени знакопеременных чисел в линейной аналоговой оптической системе -необходимо такое представление знакопеременных чисел, которое бы не требовало проведени нелинейных операций дл определени знака произведени и суммы чисел. В то же врем , до ввода чисел в акустооптический процессор и после фоторегистрации выходных оптических сигналов акустооптического процессора такие нелинейные операции возможны . Обычно дл представлени знакопеременных чисел используетс дополнительное представление (дополнительный код), при этом операции перемножени и сложени в дополнительном коде вл ютс существенно нелинейными . Поэтому дл ввода знакопеременных чисел, представленных в дополнительном коде, в акустооптический процессор необходимо перевести знакопеременные числа из дополнительного представлени в представление числа со знакопеременными цифрами. При этом необходимо обеспечить однозначность перевода чи сел из одного представлени в другое что достигаетс за счет однознач - ного перевода знакопеременных чисел,belt numbers and generated radio signals, thus eliminating the need to organize independent channels, and determining the results of vector-matrix transformations, including elementary multiplication and addition, can be performed regardless of the signs of the numbers being processed. This is explained as follows. A particular feature of acousto-optical processors based on the algorithm of multiplying numbers by means of discrete convolution is that the bulk of the operation in determining the results of vector-matrix transformations, namely the multiplication and addition operations, are performed by a linear analog optical system, after which photo-registration of optical signals at the output of the linear optical system of the acousto-optic processor is performed and electronically performs simple nonlinear operations of analog-digital conversion of signals obtained by photodetection, and their digital weighing and summing, therefore, to carry out the operations of multiplying and adding alternating ch ate in a linear optical system, an analog representation of the alternating-necessity such numbers, which would not require performing non-linear operations to determine the sign of the product and the amount of numbers. At the same time, before entering the numbers into the acousto-optic processor and after photographing the output optical signals of the acousto-optic processor, such non-linear operations are possible. Typically, an additional representation (additional code) is used to represent alternating numbers, and the multiplication and addition operations in the additional code are essentially non-linear. Therefore, to enter alternating numbers represented in the additional code, it is necessary to transfer alternating numbers from the additional representation to the representation of a number with alternating digits into the acousto-optic processor. At the same time, it is necessary to ensure the unambiguity of the transfer of numbers from one representation to another that is achieved due to the unambiguous translation of alternating numbers,
представленных в дополнительном коде двухуровневыми импульсными последовательност ми , в числа с знакопеременными цифрами, которым соответствует трехуровнева импульсна последовательность с уровн ми -1,0,+1.presented in the additional code by two-level pulse sequences, in numbers with alternating digits, which corresponds to a three-level pulse sequence with levels -1.0, + 1.
Математически это описываетс следующим образом. По определению двоичным дополнительным кодом (представление ) k-разр дного числа х называют число в ил уMathematically, this is described as follows. By definition, the binary complementary code (representation) of a k-bit x is the number in the silt
Зон Zon
Х3оп ЭооX3op Eoo
х, x,
2k-x2k-x
, получаемое по праесли х 0; если х 0.received by pralesley x 0; if x 0.
Аналогично дл х, нормированного к 1, т о е. дл -1 6. х б 1Similarly for x, normalized to 1, that is, dl -1 6. xb 1
. х.. x
если х О если х Оможно 2k+x,if x O if x Omozhno 2k + x,
АЭопAEop
- х - x
Обобщенно выражение дл х Эоп записать в виде суммы Xgop k котора справедлива при следующих ограничени х: х gon имеет ограниченное число разо дов, а именно k разр дов , а х находитс в диапазоне -(.k-l) € Хб2 k -1 . С точки зрени терминологии арифметики в остаточных классах, дополнительный код можноGenerally, the expression for x Eop is written as the sum of Xgop k which is valid under the following restrictions: x gon has a limited number of divisions, namely k bits, and x is in the range - (. K-l) € Xb2 k -1. In terms of arithmetic terminology in residual classes, additional code can be
представить.,какimagine. how
ff
выражени Я + хi + x expressions
вычет по т.е,deduction by ie
C3on,kC3on, k
m m
odzkodzk
где х представлено знакопеременной величиной, т.е. выражение в квадратных скобках может быть 24-х,where x is an alternating variable, i.e. the expression in square brackets can be 24,
если , и 2 - х, если . Рассмотрим , каким образом знакопеременные числа в дополнительном представлении (дополнительном коде) можно преобразовать в число со знакопеременными цифрами х«, где x;Ј{-1,0,lj, т.е. представить число х в канонической форме полинома хif, and 2, if. Let us consider how alternating numbers in the additional representation (additional code) can be converted into a number with alternating numbers x «, where x; Ј {-1,0, lj, i.e. represent the number x in the canonical form of the polynomial x
1с-11s-1
k - 2 x-v2 i 0k - 2 x-v2 i 0
Использу правила выполнени операций в остаточных классах, можно выражение дл х э0п ь преобразовать к видуUsing the rules for performing operations in residual classes, one can transform an expression for x e0n to the form
xaonrke С2 + xaonrke C2 +
С2 +xLod«k 1C2 + xLod "k 1
11eleven
«"
JmoJjk Mmoe kJCJir )cv,k L J ModzkJmoJzkJmoJjk Mmoe kJCJir) cv, k L J ModzkJmoJzk
J «odzkJ "odzk
+ X+ X
+ х+ x
rood г k JmocJ, krood r k JmocJ, k
bnjk 2 X3on2Kjmo32K XKbnjk 2 X3on2Kjmo32K XK
где xj - представление числа в канонической- форме полинома со знакопеременными цифрами хwhere xj is the representation of a number in the canonical form of a polynomial with alternating digits x
1К1 TO
т„е.those.
((
: Ex3on7k 2 X3ontk: Ex3on7k 2 X3ontk
k-1k-1
2Их 9ог7ги 2 )2 theirs 2)
mod2k k-imod2k k-i
- s- s
(0(0
X 3onlk 1X 3onlk 1
2;)J ki§4-03on,k JmoeUk 2;) J ki§4-03on, k JmoeUk
-Х. л , )x-H. l) x
3onfk 3onfk
-2 ,-2,
гдеWhere
x(i-09ana x (i-09ana
ir2 k x ir2 k x
и Xl-Son2k 0 при и В соответствии сand Xl-Son2k 0 with and in accordance with
4 будет хао„г14 will be hao „r1
- x;- x;
wt f r wt f r
- 1- one
выражением дл получени x fc из дополнительного представлени xgon необходимо двухуроввую импульсную последовательность, представл ющую с логическими уровн ми 0 и 1 задержать на один тактовый интервал, соответствующий периоду следовани импульсов в двухуровнезой импульсной последовательности (одному разр ду обрабатываемых чисел), и осуществить аналогвое вычитание из задержанной двухуровневой импульсной последовательности , т.е. из значени (.,%gon , входной (незадержанной) импульсной последовательности значение x;gor, а операцию вз ти осуществить посредством прекращени формировани трехуровневой последовательности, полученной аналоговым вычитанием, и соответствующей XK, после того, как поступит последний импульс двух уровневой входной импульсной последовательности . Например, пусть дес тичное число х ,0 7, тогда двоичное пр мое представление х2 0111 и дополнительное представление при числе разр дов k 0111 о Тогдаexpression to obtain x fc from the additional xgon representation, it is necessary to have a two-level pulse sequence, which with logic levels 0 and 1, is delayed by one clock interval corresponding to the pulse following period in the two-level pulse sequence (one bit of the numbers being processed) delayed two-level pulse sequence, i.e. from the value (.,% gon, input (non-delayed) pulse sequence value x; gor, and the operation is performed by stopping the formation of a three-level sequence obtained by analog subtraction, and the corresponding XK, after the last pulse of the two-level input pulse sequence For example, let the decimal number x, 0 7, then the binary direct representation x2 0111 and the additional representation with the number of bits k 0111 о Then
01110 011t01110 011t
(+1) 00 (-1) 100-1 (+1) 00 (-1) 100-1
1.231.23
mod г 4 + 0-2 - 1mod g 4 + 0-2 - 1
2e 72e 7
«"
173583612173583612
Аналогично дл 7, т.е. - От и УЗо,, 1001. СоответственноSimilarly for 7, i.e. - From and UZO ,, 1001. Accordingly
toto
«м"M
-101-1 -1-23 + -8+2-1 -101-1 -1-23 + -8 + 2-1
прекращение формировани трехуровневой последовательности (вз тие moda4)termination of the formation of a three-level sequence (taking moda4)
Покажем, что представление знакопе- ременного числа х дог,г в виде числа со знакопеременными цифрами х% удовлетвор ет алгоритму перемножени чисел Тюсредством вычислени дискретной свертки. Действительно, пусть XK и ук - два N-разр дных знакопеременных числа в канонической форме полиномов, тсе.We show that the representation of the alternating number x dog, g as a number with alternating digits x% satisfies the algorithm for multiplying the numbers by means of calculating the discrete convolution. Indeed, let XK and yk be two N-bit alternating numbers in the canonical form of polynomials, ts.
30thirty
х „ x „
Тогда произведениеThen the product
ZKХК У ; ЛВУХZKHK U; Lvuh
чисел Xj, и yk можно вычислить какXj and yk can be calculated as
ZKZK
00
Н- ХК У|С S ХN- HC U | S S X
1-сО1-SO
т-г . мZIz S Cx ,.) J Jtg mZIz S Cx,.) J J
где Z(i)where z (i)
N-1N-1
;-2 ) (Zly); -2) (Zly)
1-«о 2М-2 . ,1- “about 2M-2. ,
S ), ;-оS),; -o
хx
; © у; - дискретна свертка трехуровневых импульсных; © y; - discrete convolution of three-level pulsed
SS
последовательностей х ставл ющих числа хк иsequences x representing numbers xk and
иand
у;, предк°y; ancestor
Известно, что дл бинарного (двухуровневого ) представлени xj и yj при условии и у.0 такое перемножение чисел называетс алго- 0 ритмом дискретной свертки. Рассмот-- рим выполнение алгоритма перемножени знакопеременных чисел х к и у,% посредством дискретной свертки на примере ПУСТЬ пес тимное число It is known that for a binary (two-level) representation of xj and yj, under the condition and y.0, such a multiplication of numbers is called an algorithm of discrete convolution. Consider the implementation of the algorithm for multiplying alternating numbers xk and y,% by means of a discrete convolution using the example LET a numeric value
Пусть дес тичное число х() 7, его дополнительное представление хвопг4и 0111 и хк (+1)00(1), а уw - -7, его дополнительное представление yg0pt4 1001 и УК (1)). Тогда перемножение чисел хк и ук дл Suppose that the decimal number is x () 7, its additional representation is hfg4i and 0111 and xk (+1) 00 (1), and yw is -7, its additional representation is yg0pt4 1001 and CC (1)). Then multiplying the numbers xk and uk for
1313
получени ZK хц Ук посредством алгоритма дискретной свертки эквивалентно известному перемножению столбиком с аналоговым сложением результатов частичных произведений, т.е„obtaining ZK хц Ук by means of the discrete convolution algorithm is equivalent to the well-known multiplication column with analog addition of the results of partial products, i.e.
1one
00
(+1)00(-1)(+1) 00 (-1)
Н)о(-и)Н)N) o (s) N)
-1001 +1 00-1 0000 -10 О -И-1001 +1 00-1 0000 -10 O -I
-10100-11 (-Т)ПОО(-1)1 -1-2б+1-2 +-10100-11 (-T) VET (-1) 1 -1-2b + 1-2 +
+ (-D-2 + 1-2° -6Д +16 - -2+1 - -49 - х „ у 10+ (-D-2 + 1-2 ° -6D +16 - -2 + 1 - -49 - х „у 10
Дл формировани радиосигналов, однозначно соответствующих знакопеременным числам, используют преобразование каждой двухуровневой импульсной последовательности, соответствующей цифровому представлению знакопеременного числа в допол нительном коде с логическими уровн ми 0 и 1 , в трехуровневую импульсную последовательность с логическими уровн ми -1, 0, +1, а затем осуществл ют . балансную манипул цию гармонического несущего сигнала в соответствии с логическими уровн ми трехуровневой последовательности. При этом осуществл етс однозначное соответствие между последовательностью амплитуд и фаз в сформированном радиосигнале и последовательностью логических уровней в трехуровневой импульсной последовательности соответствующей знакопеременному числу , что позвол ет осуществл ть в параллельном акустооптическом процессоре определение результатов вектор- но-матричных преобразований вне зависимости от знаков обрабатываемых чисел. Дл ввода сформированных трехуровневых импульсных последовательностей , соответствующих знакопеременным числам, в акустооптический процессор необходимо преобразовать их в радиосигналы. Это необходимо потому, что дл ввода сигналов в акустооптическйе чейки акустоопти- ческого процессора используютс пьезопреобразователи, которые осу35836To form radio signals that uniquely correspond to alternating numbers, use the transformation of each two-level pulse sequence, corresponding to the digital representation of the alternating number in an additional code with logic levels 0 and 1, to a three-level pulse sequence with logic levels -1, 0, +1, and then carried out. balanced manipulation of the harmonic carrier signal in accordance with the logic levels of the three-level sequence. At the same time, there is a one-to-one correspondence between the sequence of amplitudes and phases in the generated radio signal and the sequence of logic levels in the three-level pulse sequence corresponding to the alternating number, which allows determining the results of vector-matrix transformations in a parallel acousto-optical processor regardless of the signs of the processed numbers. To enter the generated three-level pulse sequences corresponding to the alternating numbers into the acousto-optic processor, it is necessary to convert them into radio signals. This is necessary because for the input of signals into the acousto-optic cells of the acousto-optic processor, piezotransducers are used, which are axis35836
1414
ществл ют преобразование электрических сигналов в акустические волны. Вследствие резонансного характера пьезопреобразовател возможным вход5 ным сигналом дл акустооптического процессора вл етс модулированный гармонический несущий сигнал с частотой ф„, соответствующей резонансной частоте СОЙ пьезопреобраэователейThey convert electrical signals into acoustic waves. Due to the resonant nature of the piezoelectric transducer, the possible input signal for an acousto-optic processor is a modulated harmonic carrier signal with a frequency f „corresponding to the resonant frequency of the CO piezoelectric transducer
акустооптического процессора, т.е. an acousto-optic processor, i.e.
S(t) S(t),,t +q(t),S (t) S (t) ,, t + q (t),
ts где S(t) и Cf (t) определ ют закон модул ции амплитуды и фазы несущий. 1ts where S (t) and Cf (t) determine the modulation law of the amplitude and phase of the carrier. one
Кроме того, в соответствии с правилом преобразовани числа х изIn addition, in accordance with the rule for converting the number x from
20 дополнительного представлени (кода) X9onzk B представление хк со знакопеременными цифрами формирование хк можно представить как одновременный ввод двухуровневых импульсных20 additional representation (code) X9onzk B representation xk with alternating digits formation xk can be represented as simultaneous input of two-level impulse
25 последовательностей, соответствующих25 sequences matching
хЭопг1с-2 пш г)с и t-xgon J, так как хк ixaon,k1 -Jinodtk L-Xg00ikJ , ;причем в одной двухуровневой последовательности значени уровней 0 и 1, а в другой 0 и -1. При этом известно, что среди множества N сигналов вида ) Aksin(u)(,t + С,,), где А| характеризует амплитудную модул цию, a Cfj фазовую, лишь два сигнала вл ютс линейно независимыми, а остальные N-2 сигналов - линейно зависимыми. Поэтому сигнал S(t) можно представить в виде суммы двух квадратурных составл ющих xEpg1c-2 psh g) c and t-xgon J, since xk ixaon, k1 -Jinodtk L-Xg00ikJ, and the values of 0 and 1 in one two-level sequence, and 0 and -1 in the other. It is known that among the set N of signals of the form) Aksin (u) (, t + С ,,), where A | characterizes amplitude modulation, a Cfj phase, only two signals are linearly independent, and the remaining N-2 signals are linearly dependent. Therefore, the signal S (t) can be represented as the sum of two quadrature components
S(t) S0I(t)cosq,t + S0Q(t)x х sinOJHt,S (t) S0I (t) cosq, t + S0Q (t) x x sinOJHt,
где S0 - некоторый посто нный коэфифициент; КОи .where S0 is some constant coefficient; Koi
Q(t) - модулирующие функции);Q (t) - modulating functions);
Kt) gep(t - nT);Kt) gep (t - nT);
ТГ°п Tg ° n
Q(t) -SlVi t - nTQ (t) -SlVi t - nT
пP
где вп и 1П - информационные символы , соответствующие двум возможным линейно независимым импульсным последовательност м; Т - тактовый интервал в импульсных последовательност х;where ip and 1p are information symbols corresponding to two possible linearly independent pulse sequences; T is the clock interval in pulse sequences;
151735836151735836
(t) и q(t) - элементарные модулирую- щие сигналы в импульсных последовательносн з м н д а(t) and q (t) are the elementary modulating signals in pulsed sequences
форму импульсов и обычно вл ющиес пр моугольными функци ми. В зависимости от того, какие значени могут принимать информационные сигналы g n и 1, образуютс различные сочетани возможных сигналов S(t), т.е. S;(t),pulse shape and usually rectangular functions. Depending on which values the information signals g n and 1 can receive, various combinations of possible signals S (t) are formed, i.e. S; (t),
несущем сигнале, а логическому у ню -1 в трехуровневой импульсной ледовательности соответствует но мированное значение амплитуды 1 значение фазы 180° в гармоническ несущем сигнале. Можно показать, ч при таком представлении знакопер менных чисел радиосигналами, а т же на основании того, что в коге ном акустооптическом процессоре дул ци света осуществл етс по комплексной амплитуде света, т.е амплитуда и фаза светового колебto the carrier signal, and to the logical nu-1 in the three-level pulsed sequence, the recorded amplitude 1 corresponds to the phase value of 180 ° in the harmonic carrier signal. It can be shown that with this representation of alternating numbers by radio signals, and also on the basis that in a coherent acousto-optic processor, the light is pulsed according to the complex amplitude of the light, i.e. the amplitude and phase of the light oscillation
где S; (t) S0|21g;p(t - iT) cosu)Ht+ J5 ни модулируетс в соответствииwhere s; (t) S0 | 21g; p (t - iT) cosu) Ht + J5 is not modulated according to
с амплитудой и фазой радиосигнал вводимых в акустооптический проц сор, возможно осуществл ть опред ние результатов векторно-матричныwith the amplitude and phase of the radio signal introduced into the acousto-optic process, it is possible to determine the results of the vector-matrix
1; q(t - iT) sinG3Mt,one; q (t - iT) sinG3Mt,
Если поставить в соответствие g;p(t - iT) импульсную последовательность ДЛ хЭоПгК. 2 то&лъ a дл l;q(t - iT) - импульсную последовательность С хЭопгО и Учитыва , что х k x9otHk. 2jmojzk+If we put in correspondence g; p (t - iT) the pulse sequence DL xEpgK. 2 then & l a for l; q (t - iT) is the impulse sequence C xEpgO and Taking into account that xk x9otHk. 2jmojzk +
+ kj лл преобразовани трехуровневой импульсной последовательности , соответствующей xk, в разложении получим следующий набор сигналов S (t):+ kj Ll transform of the three-level pulse sequence corresponding to xk, in the decomposition we obtain the following set of signals S (t):
qn о, +1qn o +1
О при S0cosGOHt приAbout with S0cosGOHt with
1ц - О, -1;1ts - O, -1;
х;к- х;кx; kx; k
0;0;
1;one;
S0cos(coHt+fr) при x;k -JS0cos (coHt + fr) with x; k -J
ли в комплексной формеwhether in complex form
ib3Mtib3Mt
S;(t) - x;k-e1 S; (t) - x; k-e1
;;
где х; -1,0, +1 - логический уровень в трехуровневой импульсной последовательности, соответствующей xk.where x; -1.0, +1 is the logic level in a three-level pulse sequence corresponding to xk.
Таким образом, дл однозначного перевода трехуровневой импульсной последовательности в радиосигналы необходимо осуществить балансную модул цию гармонического несущего сигнала с частотой (х)н в соответствии с логическими уровн ми трехуровневой импульсной последовательности, соответствующей xk. При этом логическому уровню 0 трехуровневой импульсной последовательности соответствует нулевое значение амплитуды гармонического несущего сигнала, логическому уровню 1 в трехуровневой импульсной последовательности соответствует нормированное значение амплитуды 1 и значение фазы П° в гармоническомThus, to unambiguously convert a three-level pulse sequence into radio signals, it is necessary to carry out a balanced modulation of the harmonic carrier signal with a frequency (x) n in accordance with the logic levels of the three-level pulse sequence corresponding to xk. In this case, the logical level 0 of the three-level pulse sequence corresponds to the zero value of the amplitude of the harmonic carrier signal, the logical level 1 in the three-level pulse sequence corresponds to the normalized value of the amplitude 1 and the value of the phase P ° in the harmonic
16sixteen
несущем сигнале, а логическому уровню -1 в трехуровневой импульсной последовательности соответствует нормированное значение амплитуды 1 и значение фазы 180° в гармоническом несущем сигнале. Можно показать, что при таком представлении знакопеременных чисел радиосигналами, а также на основании того, что в когерентном акустооптическом процессоре модул ци света осуществл етс по комплексной амплитуде света, т.е. амплитуда и фаза светового колебани модулируетс в соответствииthe carrier signal, and the logical level -1 in the three-level pulse sequence corresponds to the normalized amplitude value 1 and the phase value 180 ° in the harmonic carrier signal. It can be shown that with such a representation of alternating numbers by radio signals, and also on the basis that in a coherent acousto-optic processor, light is modulated according to the complex amplitude of the light, i.e. the amplitude and phase of the light oscillation is modulated according to
с амплитудой и фазой радиосигналов, вводимых в акустооптический процессор , возможно осуществл ть определение результатов векторно-матричныхwith the amplitude and phase of the radio signals introduced into the acousto-optic processor, it is possible to determine the results of the vector-matrix
преобразований, основанных на операци х умножени и сложени , над массивами знакопеременных чисел на основе операции свертки радиосигналов, При этом комплексна огибающа радиоси - нала представл ет значение знакопеременных цифр х-,),,, т.е. амплитуда радиосигнала представл ет абсолютное значение цифр х;, а фаза - знак цифр х ;(,, Действительно, если источник когерентного света в акустооптическом процессоре излучает световое колебание E(t) е 63, где СОс - частота светового колебани , то после его взаимодействи в акустоопти- ческой чейке процессора с акустичес-transformations based on multiplication and addition operations on arrays of alternating numbers based on the operation of convolution of radio signals. In this case, the complex envelope of the radio signal represents the value of alternating digits x -,) ,,, i.e. the amplitude of the radio signal represents the absolute value of the digits x; and the phase is the sign of the digits x; in the acousto-optic processor cell with acoustic
кой волной, в которую преобразуетс радиосигналwhich wave the radio signal is converted into
S(t) A(t)ej4 W eicu«t S (t) A (t) ej4 W eicu "t
icfWicfW
V Р V P
0 где A(t)e0 where A (t) e
- комплексна огибающа радиосигнала; A(t) nCP(t) - его амплитуда и- complex radio signal envelope; A (t) nCP (t) is its amplitude and
фаза, формируетс световой сигналphase, light is generated
E(t)E (t)
х x
A(t)e-i4 (l1. eJ (c0c+04lH JfUetWuHA (t) e-i4 (l1. EJ (c0c + 04lH JfUetWuH
«k"K
т„е осуществл етс модул ци света по комплексной амплитуде пол в соответствии с комплексной огибающей радиосигнала S(t), т.е. в соответствии с A(t),The light is modulated by the complex amplitude of the field in accordance with the complex envelope of the radio signal S (t), i.e. in accordance with A (t),
При этом, в когерентном акустооптическом процессоре на основе алгоритма дискретной свертки, при вводе радиосигналов, сооветствующих знакопеременным числамAt the same time, in a coherent acousto-optic processor based on a discrete convolution algorithm, when entering radio signals corresponding to alternating numbers
1717
ыs
Ј J
,мm
k k
т.е. радиосигналовthose. radio signals
(t) - x.v-e (t) - x.v-e
Sg; (t) y, k.eSg; (t) y, k.e
ju,rt . jtoHt ju, rt. jtoHt
где значени цифр xjx и у; вл ютс значени ми комплексной огибающей радиосигналов, в осуществлении оптических вычислений по комплексной амплитуде светового пол производитс многоканальное вычисление дискретной свертки по комплексной амплитуде светового пол , т.е. формирование в каждом mn-ом канале оптического сигнала видаwhere the values of the digits xjx and y; are the values of the complex envelope of radio signals, in carrying out optical calculations on the complex amplitude of the light field, a multichannel calculation of the discrete convolution is performed on the complex amplitude of the light field, i.e. the formation in each mn-th channel of the optical signal of the form
к еto e
2N-22n-2
(Z:(Z:
ЦОс+гюнН Center + gunn
N-INI
SS
„„
/то / then
де 1 0,1,2,..de 1 0,1,2, ..
(5-ен(5-ene
(с)е5(СЭе+гв)мП 25 , N-1;(c) e5 (SEE + gv) mP 25, N-1;
.и.and
Е. Ш- комплексна амплитудаE. Ш - complex amplitude
К Я fMW K I fMW
mn светового сигналаmn light signal
№No
с последующим двумерным либо одномерным (в зависимости от типа выполн емого векторно-матричного преобразовани ) суммированием оптических сигналов по всем каналам, т.е. образованием сигналов видаfollowed by two-dimensional or one-dimensional (depending on the type of vector-matrix conversion performed) by summing the optical signals on all channels, i.e. formation of signals of the form
Е либоE either
IIIIII
со with
. ю. Yu
(t) 2XWft (0)е:(, RHmw(t) 2XWft (0) e :(, RHmw
которые можно обобщенно записать в видеwhich can be summarized as
ЕИ (t) -Ек),EI (t) -Ek),
.IV Kft.IV Kft
где Е (t)where E (t)
EKAWn(EKAWn (
лийо Е Ґ. (t) lio E Ґ. (t)
ЕE
ШпNn
KAmnKamn
(t)(t)
Дл For
IVIV
регистрации сигнала (t). представленного в виде комплексной амплитуды света, можно использовать метод гетеродинного фотодетектировани , при котором за счет интерференции на фотоприемной площадке фото- детектора немодулированного света E(t) е от источника когерент10registration signal (t). presented in the form of the complex amplitude of light, it is possible to use the method of heterodyne photodetection, in which, due to interference at the photodetector site of the unmodulated light photodetector E (t) e from the coherent source 10
т зрпо t zrpo
П 25 П 25
I73583618I73583618
ного света акустооптического процессора и его выходного оптического сигнала Е (t) Е Ј„ (t) ) в фотодетекторе генерируетс радиосигнал с несущей частотой 2 С0« и комплексной огибающей, равной ), При этом известно, что гетеродинное фотодетектирование основано на нелинейности фотодетектора по отношению к световому полю. light of an acousto-optic processor and its optical output signal E (t) E Ј „(t)) in the photo detector a radio signal is generated with a carrier frequency of 2 C0 ″ and a complex envelope equal to), It is known that the heterodyne photodetection is based on the nonlinearity of the photodetector with respect to to the light field.
Если сумма двух гармонических сигналов подвергаетс нелинейному квадратичному преобразованию, то в результате по вл ютс гармоники как с суммарными так и с разностными частотами. Детектирование оптического сигнала есть не что иное, как квадратичное преобразование пол излучени „ Поэтому при одновременном детектировании двух оптических CHI- налов с различными частотами на выходе фотодетектора возникает электрический сигнал на разностной частоте. Поэтому электрический CHI- нал на выходе фотодетектора будет иметь видIf the sum of two harmonic signals undergoes non-linear quadratic transformation, then harmonics with both sum and difference frequencies will appear as a result. Detection of an optical signal is nothing more than quadratic conversion of the radiation field. Therefore, when two optical CHI signals with different frequencies are simultaneously detected, an electrical signal is generated at the difference frequency at the output of the photodetector. Therefore, the electrical CHI-NAL at the output of the photodetector will look like
1515
2020
EV(t)EV (t)
|E(t + E,;; (t)i | E (t + E, ;; (t) i
0 + В, (.0 + B, (.
++
IVIV
i2COHt i2COHt
1 + Е (t)-e (КГ. (t)).1 + Е (t) -e (КГ. (T)).
КАKa
1 + 1 +
|Е.(ОГ| E. (OG)
+ (V КА+ (V KA
5five
,,.„ т 2Re XVA (t),,. „T 2Re XVA (t)
Слагаемое 2Re E KVft в выходном токе фотодетекторэ выдел етс посредством полосовой фильтрации с центральной частотой полосы про- 0 пускани 2&)(,. Поэтому сигнал после проведени полосовой фильтрации S ,(t) будет иметь видThe 2Re E KVft term in the photodetector output current is extracted by band-pass filtering with the center frequency of the pass-band 0 &) (). Therefore, the signal after performing band-pass filtering S, (t) will look like
IVIV
5five
S,(t)S, (t)
КАKa
cos 263.tcos 263.t
Далее, дл выделени комплексной огибающей, т.е. сигнала Е kA (t), осуществл ют синхронное детектирование сигнала Sf(t) радиосигналамиFurther, to highlight the complex envelope, i.e. signal E kA (t), synchronous detection of the signal Sf (t) by radio signals
на удвоенной частоте гармонического несущего сигнала, т.е. на частоте 2й)ц. Известно, что синхронным детектором называют преобразователь частоты, работающийat the double frequency of the harmonic carrier signal, i.e. on frequency 2nd) c. It is known that a synchronous detector is called a frequency converter, operating
при условии Qr Ос , где частота (Ог- частота генерации, ()с - частота сигнала, причем дл выделени полезного сигнала на выходе включен фильтр нижних частот, например параллельна RC-цепь. Поэтому посредст- вом операции синхронного детектировани осуществл ют выделение сигнала E.(t), дл представлени которого в цифровой форме используют последующие операции аналого-цифрового преобразовани и цифрового взвешивани и суммировани о То есть при одновременном выполнении операций над знакопеременными числами обрабатываемых массивов без организации независимых каналов вычислений дл учета знаков чисел результатом векторно- матричных преобразований, выполн емых в акустооптическом процессоре, вл ютс знакопеременные величины, дл регистрации которых используют гетеродинное фотодегектирование выходных оптических сигналов акусто- оптического процессора с получением радиосигналов на удвоенной по отношению к гармоническим несущим сигналам частоте несущей и осуществл ют синхронное детектирование радиосигналов на удвоенной частоте гармонического несущего сигнала с последующим аналого-цифровым преобразованием продетектированных двупол рных аналоговых сигналов и их цифровым взвешиванием и суммированием с представлением результатов вычислений в дополнительном коде.under the condition Qr Oc, where the frequency (Og is the generation frequency, () s is the frequency of the signal, and a low-pass filter is turned on for output of the useful signal, for example, a parallel RC circuit. Therefore, by means of the synchronous detection operation, the signal E is extracted). . (t), to represent which in digital form, the subsequent operations of analog-digital conversion and digital weighting and summation, i.e., while performing operations on alternating numbers of processed arrays without The independent computation channels used to take into account the signs of the numbers are the result of vector-matrix transformations performed in the acousto-optic processor, which are alternating sign values that use heterodyne photodetection of the output optical signals of the acousto-optical processor to produce radio signals at twice the frequency of harmonic carrier signals. carrier and synchronous detection of radio signals at twice the frequency of the harmonic carrier signal with the subsequent analog-digital conversion of the detected two-polar analog signals and their digital weighting and summation with the presentation of the results of calculations in the additional code.
Предлагаемый способ определени результатов векторно-матричных преобразований в параллельных акусто- оптических процессорах реализуетс следующей последовательностью операций .The proposed method for determining the results of vector-matrix transformations in parallel acousto-optical processors is implemented by the following sequence of operations.
Формируют из входных-двухуровневых импульсных последовательностей трехуровневые импульсные последовательности , в процессе получени которых каждую входную двухуровневую импульсную последовательность задерживают на временной интервал, соответствующий периоду следовани импульсов во входной двухуровневой импульсной последовательности, вычитают из задержанного сигнала входную импульсную последовательность и прекращают формирование трехуровневой импульсной последовательности после поступлени последнего импульса во входной двухуровневой импульсной последовательности и затем в процессе формировани радиосигналов | ввода в акустооптический процессор осуществл ют сформированными трехуровневыми импульсными последователь0Three-level pulse sequences are formed from input-two-level pulse sequences, in the process of obtaining which each input two-level pulse sequence is delayed by a time interval corresponding to the pulse following sequence in the input two-level pulse sequence, the input three-level pulse sequence is subtracted from the delayed signal and the formation of a three-level pulse sequence is deducted after it arrives last pulse to the input two-level pulse sequence and then in the process of forming radio signals | the input to the acousto-optic processor is performed by formed three-level pulse sequences.
5five
00
5five
ност ми балансную модул цию гармонических несущих сигналов с одинаковыми частотами и начальными фазами. После этого осуществл ют параллельный ввод сформированных радиосигналов в акустооптический процессор, в котором параллельное оптической формирование дискретных сверток импульсных последовательностей производ т с последующим суммированием оптических сигналов, соответствующих результатам получени дискретных сверток и параллельным гетеродинным фотодетектированием выходных оптических сигналов с получением радиосигналов на удвоенной по отношению к гармоническим несущим сигналам частоте , и осуществл ют синхронное детектирование полученных сигналов радиосигналами на удвоенной частоте гармонических несущих сигналов, а затем .подвергают результат детектировани аналого-цифровому преобразованию и осуществл ют над результатом преобразовани цифровое взвешивание и суммирование со знакопеременными сигналами, представленными в дополнительном кодеBut with a balanced modulation of harmonic carrier signals with the same frequencies and initial phases. Thereafter, the formed radio signals are introduced in parallel into an acousto-optic processor, in which parallel optical generation of discrete convolutions of pulse sequences is performed followed by summing optical signals corresponding to the results of obtaining discrete convolutions and parallel heterodyne photodetection of the output optical signals with radio signals being doubled with respect to harmonics carrier frequencies, and synchronous detectors are performed. Received signals by radio signals at the doubled frequency of harmonic carrier signals, and then subject the result of detection to analog-to-digital conversion and perform digital weighing and summation with alternating signals presented on the conversion result
00
5five
00
На фигс1 представлена функциональна схема устройства определени результата скал рного произведени векторов со знакопеременными элементами векторов, представленными знакопеременными числами в дополнительном коде, реализующего предлагаемый способ; на фиг„2 - временные диаграммы , иллюстрирующие процесс формировани трехуровневых импульсных преобразователей; на фиг.З - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс перемножени знакопеременных чисел, представленных трехуровневыми импульсными последовательност ми, посредством дискретной свертки этих последовательностей„Fig. 1 is a functional diagram of the device for determining the result of the scalar product of vectors with alternating vector elements represented by alternating numbers in an additional code implementing the proposed method; Fig. 2 shows timing diagrams illustrating the process of forming three-level pulse converters; in FIG. 3, timing diagrams illustrating the process of multiplying alternating numbers represented by three-level impulse sequences by means of discrete convolution of these sequences
Устройство содержит блок 1 - генератор гармонического сигнала, соединенный своим выходом с входом блока 2 - делител частоты гармонического сигнала на коэффициент М и формировател импульсной последовательности с полученной делением частотой следовани импульсов, соединенного своим выходом с входом 5 блока 3 - делител частоты следовани импульсов на два, выход которого соединен с первым тактовым выходом всего устройства, а также с тактовыми входами блоков f и 5 много5The device contains a block 1 - a harmonic signal generator connected by its output to the input of block 2 - a harmonic signal frequency divider by a factor M and a pulse sequence generator with the resulting division of the pulse frequency connected to its output from input 5 of block 3 - a pulse frequency divider by two The output of which is connected to the first clock output of the entire device, as well as to the clock inputs of blocks f and 5 multi
OO
2121
канальных преобразователей входных двухуровневых импульсных последовательностей , соответствующих числовому представлению знакопеременных элементов перемножаемых векторов в дополнительном коде,в трехуровневыеchannel converters of input two-level impulse sequences corresponding to the numerical representation of the alternating elements of multiplied vectors in the additional code into three-level
1one
импульсные последовательности, при этом числовые входы блоков Ц и 5 вл ютс двум многоканальными входами всего устройства, а многоканальные выходы соединены соответственно с многоканальными модул ционными входами блоков 6 и 7 - многоканальных амплитудно-фазовых манипул торов , у которых входы дл гармонического несущего сигнала соединены с выходами блока 8 - делител частоты гармонического сигнала на коэффициент два с образованием гармонического несущего сигнала, вход которого соединен с выходом блока 1 при этом многоканальные выходы блоков 6 и 7 соответственно с многоканальными входами блоков 9 и 10 - многоканальных пространственно-временных акустооптических модул торов света (МПВАОМ), совмещенных один с другим и имеющих встречное направление распространени звука в модул торах , аналогично известному. По оптическому входу блоки 9 и 10 оптически св заны через блок 11 - формирователь входного светового пучка с оптическим выходом блока 12 - источника когерентного света (лазера), а по оптическому выходу через блок 13 линзу фокусировки дифрагировавшего светового пучка, оптически св заны с входом блока Ik - фотодетектора , выход которого соединен с входом блока 15 полосового фильтра с центром полосы пропускани на частоте, равной удвоенной частоте гармонического несущего сигнала.хПри этом выход блока 15 соединен с одним из двух входов блока 16 - аналогового перемножител , второй вход которого соединен с выходом блока 1, а выход блока 16 соединен с входом 17 - фильтра низких частот, выход которого соединен с входом блока 18 - параллельного аналого-цифрового преобразовател двухпол рных сигналов, у которого первый тактовый вход (вход стро- бировани ) непосредственно соединен с выходом блока 2, а второй тактовый вход соединен с блоком 2 через линию 19 задержки на врем аналого- цифрового преобразовани , при этомpulse sequences, while the numerical inputs of the C and 5 blocks are the two multi-channel inputs of the entire device, and the multi-channel outputs are connected to the multi-channel modulation inputs of blocks 6 and 7, respectively, of the multi-channel amplitude-phase manipulators, in which the inputs for the harmonic carrier signal are connected to the outputs of block 8 is a frequency divider of the harmonic signal by a factor of two with the formation of a harmonic carrier signal, the input of which is connected to the output of block 1 with multichannel moves blocks 6 and 7 respectively with multi-input units 9 and 10 - spatiotemporal multichannel acoustooptic light modulators (MPVAOM) aligned with one another and having opposite directions of propagation of sound in modulators similarly known. On the optical input, blocks 9 and 10 are optically coupled through block 11 — the shaper of the input light beam to the optical output of block 12 — the coherent light source (laser); and on the optical output through block 13, the focusing lens of the diffracted light beam is optically connected Ik - photodetector, the output of which is connected to the input of block 15 of the bandpass filter with the center of the passband at a frequency equal to twice the frequency of the harmonic carrier signal. Herewith, the output of block 15 is connected to one of the two inputs of block 16 - a analog multiplier, the second input of which is connected to the output of block 1, and the output of block 16 is connected to input 17 of a low-pass filter, the output of which is connected to the input of block 18 - a parallel analog-to-digital converter of two-pole signals, whose first clock input (input - output) is directly connected to the output of block 2, and the second clock input is connected to block 2 via a delay line 19 for analog-digital conversion time, while
35836223583622
разр дные выходы блока 18 соединены с соответствующими разр дными входами блока 20 - цифрового накопител с введением взвешивающих коэффициентов и представлением результата в дополнительном коде, тактовым выходом всего устройства , а выход вл етс числовым выходом всего устройства .The bit outputs of block 18 are connected to the corresponding bit inputs of block 20 — a digital accumulator with the introduction of weighting coefficients and the presentation of the result in an additional code, the clock output of the entire device, and the output is the numerical output of the whole device.
Устройство определени результата скал рного произведени векторов со знакопеременными элементами векторов , представленными знакопеременными числами в дополнительном коде, работает следующим образом. В блоке 1 вырабатываетс выходной гармонический сигнал, который можно записать в видеThe device for determining the result of the scalar product of vectors with alternating vector elements represented by alternating numbers in the additional code works as follows. In block 1, an output harmonic signal is produced, which can be written as
10ten
1515
2020
W°W °
((
гдеWhere
(2fH) - частота гармонического(2fH) - harmonic frequency
сигнала. Сигнал U8bUl(t) с выхода блока 1signal. The signal U8bUl (t) from the output of block 1
поступает на вход блока 2 - делител частоты гармонического сигнала на коэффициент М и формировател импульсной последовательности с полученной делением частотой следовани импульсово Поэтому выходным сигналом блока 2 будет сигналenters the input of block 2 - the harmonic signal frequency divider by the coefficient M and the pulse sequence former with the received pulse frequency division. Therefore, the output signal of block 2 is the signal
и,and,
(t) (i + 1)T 3(t) (i + 1) T 3
5five
00
5five
ВЬПСЈOut
где i 0,1,2,.00, оо и - -(i +1)T 3 - единична пр моугольна функци , т.е. rectЈ,..3 1 при | t-(i + 1)кwhere i is 0,1,2, .00, oo and - - (i +1) T 3 is a unitary rectangular function, i.e. rectЈ, .. 3 1 with | t- (i + 1) to
хТ Т /2, где Т - период следовани импульсов (тактовый интервал) в сформированной импульсной последовательности , причем (2Ји) , и rect.H 0 при It - (i + DT j Т/2 оxT T / 2, where T is the pulse following period (the clock interval) in the generated pulse sequence, moreover (2), and rect.H 0 with It - (i + DT j T / 2 o
Сигнал UBb)(2(t) с выхода блока 2 поступает н вход блока 3 - делител частоты -следовани импульсов на два. Поэтому выходным сигналом блока 3 будет сигналThe signal UBb) (2 (t) from the output of block 2 is fed to the input of block 3 — the frequency divider — pulse train by two. Therefore, the output signal of block 3 is the signal
SOSO
UB,,x5(t rectUB ,, x5 (t rect
t - (i + 1)t - (i + 1)
где Т 2Т Сигнал UWhere T 2T Signal U
5five
W0W0
поступает на первыйcomes in first
с выхода блока 3from unit 3 output
тактовый выход всего устройства, соединенный с тактовым входом внешних (не вход щих в состав устройства) блоков пам ти знакопеременных элементов перемножаемых векторов, т.е. знакопе- ременных чисел, представленных в дополнительном коде. При поступлении сигнала UBb( (t) на тактовые входы этих внешних блоков пам ти на их числовых выходах формируютс двухуровневые импульсные последовательности , соответствующие перемножаемым элементам векторов, т.е. числам в дополнительном коде которые поступают соответственно на входы блоков k и 5 - многоканальных преобразователей входных двухуровневых импульсных последовательностей, соответствующих перемножаемым числам в дополнительном коде, в трехуровневые импульсные последовательности. При этом числовые входы блоков и 5 вл ютс числовыми входами элементов двух перемножаемых векторов дл всего устройства , а тактовые входы блбков А и 5 соединены с выходом блока 3, т.е. на них поступает сигнал ирых (t). Поэтому, при учете того, что на входы блока 4 поступают двухуровневые импульсные последовательности, соответствующие элементам вектораa clock output of the entire device, connected to a clock input of external (not included in the device) memory blocks of alternating elements of multiplied vectors, i.e. alternating numbers represented in the additional code. When a UBb ((t) signal arrives at the clock inputs of these external memory blocks, two-level pulse sequences are formed at their numerical outputs, corresponding to multiplying vector elements, i.e., numbers in the additional code that go to the inputs of the k and 5 blocks of the multichannel converters respectively input two-level pulse sequences corresponding to the numbers multiplied in the additional code into three-level pulse sequences. The numeric inputs of the blocks and 5 are the numerical inputs of the elements of the two multiplied vectors for the entire device, and the clock inputs of blocks A and 5 are connected to the output of block 3, i.e., they receive a signal (i), therefore, taking into account the fact that the inputs of block 4 receive two-level pulsed sequences corresponding to the elements of the vector
СХ3 Cxi Х4ХЈ,..,хь размерности L, а на вход блока 5 двухуровневые импульсные последовательности , соответствующие вектору СУ У, Уг.. .,Уг .... размерности L, дл суммарных входных сигналов блоков k и 5 можно записать следующие выражени :CX3 Cxi X4XЈ, .., xb of dimension L, and the input of block 5 is a two-level pulse sequence corresponding to the vector SU Y, Ug., Ug .... of dimension L, the following expressions can be written for the total input signals of blocks k and 5 :
i,N-i ) S §Е ЧЭопД i, N-i) S §E CHEOPD
- (i + 1)) i-N-f- (i + 1)) i-N-f
uws(0 - 2 С у;зог,uws (0 - 2 C y; sog,
X (i + 1)X (i + 1)
ГЛеГх59опгЫGLEHH59OPGY
и ;авп,«гand; avp, "g
Эопгм еEopgm e
- значени разр дов N-разр дных знакопеременных чисел в дополнительном коде,, соответствующих 1-м элементам векторов- .- values of bits of N-bit alternating numbers in the additional code, corresponding to the 1st elements of the vectors -.
На выходе канала блока формируетс сигнал ) Овихф Яг представл ющий трехуровневую импульсную последовательностьAt the channel output of the block, a signal is generated) Ovihf Jag representing a three-level pulse sequence
иВь,хIV, x
I .vI .v
VT-PVT-P
00
5five
:ивыхгг({: -Cow (t)c : ivyhgg ({: -Cow (t) c
StifleB. - (i+2)lj -f% С StifleB. - (i + 2) lj -f% С
х;Эоп 1егесЬ С - « + DT S:CxC 3onlN -x.-8on,Nlrectx i + DT, x; Eop 1SS C - «+ DT S: CxC 3onlN -x.-8on, Nlrectx i + DT,
Г«е Гх(1 -оэопгМ - xJ3ontNlle ПРИНИмает значени -1,0,+1. При этом формирование трехуровневой импульсной последовательности соответствует последовательному формированию представлени знакопеременного элемента вектора, т.е. числа Xg в канонической форме полинома по степен м двойки со знакопеременными коэффициентами при степен х, т.е.Г е Гх (1 -оэопгМ - xJ3ontNlle TAKES the values -1.0, + 1. At the same time, the formation of a three-level pulse sequence corresponds to the sequential formation of the representation of the alternating element of the vector, i.e. coefficients with power x, i.e.
Г1 М G1 M
JS Lx(43ontN JS Lx (43ontN
х5Эол4н е- reStft-a+OT -SCx; r««t- )T. x5Eol4n e- reStft-a + OT -SCx; r «« t-) T.
0 e Cx(i-,)goniN Х59оп1м3езнакопеременные коэффициенты, принимающие значени -1,0 и +1, соответствующие знакопеременным коэффициентам при степен х двойки дл пр ед- c ставлени элемента (числа) х в канонической форме полинома, т.е. ИМ0 e Cx (i -,) goniN Х59оп1м3 is the scaling variable coefficients taking the values -1.0 and +1, corresponding to the alternating coefficients at powers of two for the unit of the element (number) x in the canonical form of the polynomial, i.e. THEM
xe S ;kV21 xe S; kV21
0 Описанный процесс формировани выходной трехуровневой импульсной0 Described the process of forming the output three-level pulsed
последовательности (-)в ло ке- 4 из входной двухуровневой импульсной последовательности $ fc проиллюстрирован на временных диаграммах на фиг.2, где CuBX4(t)3Ј соответствует элементу (числу) х. -7, т.е. в дополнительном по отношению к .. 16 кодеthe sequence (-) in the locale 4 of the input two-level pulse sequence $ fc is illustrated in the time diagrams of figure 2, where CuBX4 (t) 3 corresponds to the element (number) x. -7, i.e. in additional with respect to .. 16 code
0 Cx9ot, г 100К ЭТОМ ВЫ ходной сигнал LUgbijr Ct i 1-го канала блока k представл ет число xj ,в канонической форме полинома, т.е.0 Cx9ot, g 100K THIS OUTPUT, the output signal LUgbijr Ct i of the 1st channel of the block k represents the number xj, in the canonical form of a polynomial, i.e.
t т -1 0 +1 - j « -Ь23 + 0-22 +t t -1 0 +1 - j "-Ь23 + 0-22 +
+ Ь2+ B2
1-21-2
66
-7.-7.
Аналогично 1-му каналу многоканального блока А (фиг.1) работаетSimilarly, the 1st channel of the multichannel block A (figure 1) works
2525
1-й канал многоканального блока 5. Поэтому выходной сигнал D ekDf lc лл 1-го канала блока 5 можно записать в видеThe 1st channel of the multichannel block 5. Therefore, the output signal D ekDf lc of the 1st channel of block 5 can be written as
N-1N-1
tWe(t)e ,.ОЗопгм эомЪ 1 tWe (t) e, .Ozopgm eom 1
ы s
.KV (i+1)T, .KV (i + 1) T,
-о причем-o and
У S IXV2 S IXV2
оabout
Следовательно, совокупность выходных сигналов блоков k и 5 можно представить в видеTherefore, the set of output signals of blocks k and 5 can be represented as
i f x; Vecti - (i + DT, i f x; Vecti - (i + DT,
ивыу5) SZ Ou erectl - (1е от.Willow5) SZ Ou erectl - (1e from.
В соответствии с фиг.1, сформированные в блоках и5 трехуровневые импульсные последовательности UByx4(t.) и Ueb|Jt (t) с выходов блоков k и 5 поступают соответственно на модул ционные входы блоков 6 и 7 - многоканальных амплитудно-фазовых манипул торов , у которых на входы гармонического несущего сигнала поступают гармонический несущий сигнал t ebixg) с выхода блока 8 - делител частоты гармонического сигнала на коэффициент два с образованием гармонического несущего сигнала, т„е, сигнал, образованный делением частота на два сигнала (t) cos2n(2f H)t, поступающего с выхода блока 1 на вход блока 8. При этом выходной сигнал блока 8 будетIn accordance with FIG. 1, the three-level pulse sequences UByx4 (t.) And Ueb | Jt (t) formed in blocks I5 from the outputs of blocks k and 5 arrive at the modulation inputs of blocks 6 and 7, respectively, of the multichannel amplitude-phase manipulators, in which the harmonic carrier signal t ebixg arrives at the inputs of the harmonic carrier signal from the output of block 8 - divider the frequency of the harmonic signal by a factor of two to form a harmonic carrier signal, that is, the signal formed by dividing the frequency into two signals (t) cos2n H) t post Payuschie from the input unit 1 output unit 8. The output signal of the block 8 will
cos2ftfHt,cos2ftfHt,
где f и - частота гармонического несущего сигнала. В блоках 6 и 7 осуществл етс многоканальное формирование радиосигналов посредством балансной модул ции в каадом канале гармонического несущего сигнала Ueb)g(t) в соответствии с поступающими i на модул ционные входы блоков 6 и 7 трехуровневыми импульсными последовательност ми U Ј1, (t) и иаых5where f and is the frequency of the harmonic carrier signal. In blocks 6 and 7, the multichannel generation of radio signals is carried out by means of balanced modulation in each channel of the harmonic carrier signal Ueb) g (t) in accordance with the input i to the modulation inputs of blocks 6 and 7 by three-level pulse sequences U Ј 1, (t) and iyykh5
10ten
35836263583626
с выходов блоков k и 5. При этом в формируемых каналах блоков 6 и 7 радиосигналах логическому уровню О в трехуровневой последовательности соответствует нупевое значение амплитуды гармонического несущего сигнала , логическому уровню 1 в трехуровневой импульсной последовательности соответствует нормированное значение амплитуды 1 и значение фазы 0 градусов в гармоническом несущем сигнале, а логическому уровню (-1) в трехуровневой импульсной последовательности соответствует нормированное значение амплитуды 1 и значение фазы 180° в гармоническом несущем сигнале. Т„е„ выходные радиосигналы Ufcbixg t) и ивыхт О блоков JQ 6 и 7 имеют видfrom the outputs of blocks k and 5. At that, in the formed channels of blocks 6 and 7 radio signals the logical level O in the three-level sequence corresponds to the null value of the amplitude of the harmonic carrier signal, to the logical level 1 in the three-level pulse sequence corresponds to the normalized value of amplitude 1 and the phase value 0 in harmonic the carrier signal, and the logical level (-1) in a three-level pulse sequence corresponds to the normalized amplitude value 1 and the phase value 180 ° in harmon a common carrier signal. T „e„ radio output signals Ufcbixg t) and output About blocks JQ 6 and 7 have the form
Wt 2&вь,х4(0 Е е 2 ; &иеых5Ш е-е1 27.Wt 2 в, x4 (0 E e 2; & iyykh5Sh ee1 27.
1515
2525
Радиосигналы Ueb)x$(t) HUeb))f7(t) с выходов блоков 6 и 7 поступают соответственно на электрические входы блоков 9 и 10 - многоканальных пространственно-временных акустооптичес3 ких модул торов света (МПВАОМ), совмещенных друг с другой и имеющих встречное направление распространени звука в модул торах, причем по оптическому входу блоки S и 10 опти35 чески св заны через-блок 11 - формирователь входного светового пучка с оптическим выходом блока 12 - источником когерентного света (лазера ), а по оптическому выходу черезThe radio signals Ueb) x $ (t) HUeb)) f7 (t) from the outputs of blocks 6 and 7 are fed to the electrical inputs of blocks 9 and 10, respectively, of multichannel space-time acousto-optic light modulators (MPWLM), which are combined with each other and have the opposite direction of sound propagation in modulators, the S and 10 blocks being optically coupled through the optical input through a block 11 —the shaper of the input light beam with the optical output of the block 12 — a coherent light source (laser), and through the optical output
40 блок 13 - линзу фокусировки дифрагировавшего светового пучка оптически св заны с входом блока - фотодетектора „ При поступлении радиосигналов Ueb|Xe(t) и URbh,7(t) на40 block 13 — the focusing lens of the diffracted light beam is optically coupled to the input of the photodetector unit “When radio signals Ueb | Xe (t) and URbh, 7 (t) are received on
45 электрические входы блоков 9 и 10 - МПВАОМ посредством пьезопреобразова- телем МПВАОМ, соединенных с электрическими входами блоков S и 10, они преобразуютс в бегущие по крис45 the electrical inputs of blocks 9 and 10 - MPVAOM by means of a piezoelectric transducer MPVAOM, connected to the electrical inputs of blocks S and 10, are converted into crisscross
50 таллам блоков 9 и 10 навстречу друг Другу акустические (ультразвуковые) волны с амплитудами (W.tjQp и . где 1 - 1,2,..., L - номер канала в блоках 9 и 10, W 55 координата вдоль направлени распрост- Фанени звука в одном из блоков 9 или 10, например, в направлении распространени звука в блоке 9 с началом координат в середине вход2750 blocks of blocks 9 and 10 towards each other Acoustic (ultrasonic) waves with amplitudes (W.tjQp and. Where 1 is 1.2, ..., L is the channel number in blocks 9 and 10, W 55 is the coordinate along the direction of propagation Fannies of sound in one of blocks 9 or 10, for example, in the direction of sound propagation in block 9 with the origin in the middle of the entrance 27
ной оптической апертуры. С учетом того, что блоки 9 и 10 совмещены один с другим и имеют встречное направление распространени звука, выражени дл бегущих по ним звуковых волнoptical aperture. Taking into account the fact that blocks 9 and 10 are aligned with each other and have a counter direction of sound propagation, the expressions for sound waves traveling through them
Г81Ы(У °Зе . соответствующих поданным с выходов блоков 6 и 7 радиосигналам (t)lt. и О вмхт Зе при выборе координаты W вдоль направлени распространени звука в блоке 9 можно записать в виде:Г81Ы (У ° З. е. Corresponding to the radio signals (t) lt. Supplied from the outputs of blocks 6 and 7) and Omw Ze when selecting the W coordinate along the direction of sound propagation in block 9 can be written as:
v,«., v, ".,
xrect(W/W0);xrect (W / W0);
WHe-b4- f l WHe-b4- f l
xrect(W/We),xrect (W / We)
1717
и and
7358362873583628
образуют акустооптические конволверы (устройства определени результата операции свертки) с гетеродинным . фотодетектированием и радиочастотным выходным сигналом на удвоенной частоте гармонических несущих сигналов .form acousto-optic convevers (devices for determining the result of a convolution operation) with a heterodyne one. photodetection and RF output at a double frequency of harmonic carrier signals.
Кроме того, блок 13 осуществл ет tO оптическое суммирование результатов определени операции свертки по всем имеющимс L каналам. Поэтому выходным сигналом блока 15 будет сигнал видаIn addition, block 13 performs tO optical summation of the results of determining the convolution operation over all available L channels. Therefore, the output signal of block 15 will be a signal of the form
UWIX (t) (2f|l)(t -20 ) f.UWIX (t) (2f | l) (t -20) f.
S ЛКпчИеЧ, ), ЪS LKpchIeCH,), b
2(t-2.)2 (t-2.)
fl Wfl w
Сигнал Uguy,) c выхода блока 15 пос- тупает на один из входов блока 16,The signal Uguy,) from the output of block 15 is applied to one of the inputs of block 16,
где W0 - размер входной оптической апертуры вдоль направлени - распространени звука в блоках 9 и 10;where W0 is the size of the input optical aperture along the direction of sound propagation in blocks 9 and 10;
V.B - скорость звука в кристаллах блоков 9 и 10; rect(W/W$) - пр моугольна функци , учитывающа оптическую апертуру блоков 9 и 10, т.е. rect(W/W0) - 1 при fW/W0U «в/2 и rect(W/W0) t 0 при (W/W0| w,/2 ,V.B is the speed of sound in the crystals of blocks 9 and 10; rect (W / W $) is a rectangular function that takes into account the optical aperture of blocks 9 and 10, i.e. rect (W / W0) - 1 with fW / W0U "in / 2 and rect (W / W0) t 0 with (W / W0 | w, / 2,
При учете того, что (W0/2V b) в Q0 представл ет посто нную задержна второй вход которого поступает сигнал U8b,x, (t) (2ffl)t с вы- хода блока 1. После аналогового переTaking into account the fact that (W0 / 2V b), Q0 represents a constant delayed second input of which receives the signal U8b, x, (t) (2ffl) t from the output of block 1. After the analog transceiver
и U.kw.(tand U.kw. (t
множени сигналов Ueb,j,5(t)signal multiplications Ueb, j, 5 (t)
еыу.samu
в блоке 16 на его выходе получаемin block 16 at its output we get
сигнал UU signal
30thirty
Ы 1Х16 S 1X16
iW0iW0
(t), т.е. ,5Ct) 6ЫХ 4(t), i.e. , 5Ct) 6PCS 4
(t)(t)
(2fH)(t ) (2fM)t (2fH) (t) (2fM) t
еГЧивь«4)1е(ивь„5 2(К)ку прохождени звука до середины оптической апертуры блоков 9 и 10,eGCHiv "4) 1e (iv 5 5 (K) the passage of sound to the middle of the optical aperture of blocks 9 and 10,
вых5 out5
2(tV .2 (tV.
«fcos 2t(2fh)0 "Fcos 2t (2fh) 0
+ (2fh)(t ) + 2fr(2f,,)+ (2fh) (t) + 2fr (2f ,,)
а также подставив выражени дл 6«Ь р- гand also substituting the expression for 6 "b p-g
«WO и Ueb)X7(t), (W,t)e 4e«St № tt)J«lU иС8|в,1г получаем t,i "WO and Ueb) X7 (t), (W, t) e 4e" St No. tt) J "lU iC8 | B, 1g we get t, i
FsfB,(w,t)e {и,мо -(w/v, -,FsfB, (w, t) e {u, mo - (w / v, -,
+ о - (W/V,6)+ -ь Op - rect(W/W0);+ o - (W / V, 6) + Op - rect (W / W0);
,t3je {uRblXg t -e,- (W/V)e exp{j2tf -«, - -(W/Vjft)j rect(W/W0),, t3je {uRblXg t -e, - (W / V) e exp {j2tf - “, - - (W / Vjft) j rect (W / W0),
где использована тригонометрическа д. формула 2cosA.cosB cos(А - В) + + cos (A + В). Сигнал U-.-y.-Ct) с вы -fBbl 16where trigonometric d is used. Formula 2cosA.cosB cos (A - B) + + cos (A + B). Signal U -.- y.-Ct) with you -fBbl 16
хода блока 16 подаетс на вход блок 17t Поэтому сигнал ,,. (t) на вы ходе блока 17 имеет видthe stroke of block 16 is input to block 17t. Therefore, the signal ,,. (t) on you the course of block 17 has the form
5050
(О (ABOUT
|г(, | r (,
) )Je (UBb,(tеиь -tJl,«rt.)) Je (UBb, (wave -tJl, "rt.
Каждые отдельные 1-е каналы блоков 9 и 10 в сочетании с блоком 11, блоком 12, блоком 13, блоком 1 и блоком 15 с центром полосы пропускани на частоте 2fH, равной удвоенной час4 тоте гармонических несущих сигналов,Each individual 1st channels of blocks 9 and 10 in combination with block 11, block 12, block 13, block 1 and block 15 with a bandwidth center at a frequency of 2fH equal to twice the frequency of the harmonic carrier signals
на второй вход которого поступает сигнал U8b,x, (t) (2ffl)t с вы- хода блока 1. После аналогового переи U.kw.(t)the second input of which receives the signal U8b, x, (t) (2ffl) t from the output of block 1. After the analog switch U.kw. (t)
множени сигналов Ueb,j,5(t)signal multiplications Ueb, j, 5 (t)
еыу.samu
в блоке 16 на его выходе получаемin block 16 at its output we get
сигнал UU signal
Ы 1Х16 S 1X16
iW0iW0
(t), т.е. ,5Ct) 6ЫХ 4(t), i.e. , 5Ct) 6PCS 4
(t)(t)
(2fH)(t ) (2fM)t (2fH) (t) (2fM) t
еГЧивь«4)1е(ивь„5 2(К) вых5eGCHiv «4) 1e (iv 5 5 (K) out 5
2(tV .2 (tV.
)J ) J
где использована тригонометрическа формула 2cosA.cosB cos(А - В) + + cos (A + В). Сигнал U-.-y.-Ct) с вы -fBbl 16where the trigonometric formula 2cosA.cosB cos (A - B) + + cos (A + B) is used. Signal U -.- y.-Ct) with you -fBbl 16
хода блока 16 подаетс на вход блока 17t Поэтому сигнал ,,. (t) на вы ходе блока 17 имеет видThe stroke of block 16 is applied to the input of block 17t. Therefore, the signal ,,. (t) on you the course of block 17 has the form
(О (ABOUT
|г(, | r (,
) )Je (UBb,(tеиь -tJl,«rt.)) Je (UBb, (wave -tJl, "rt.
Таким образом, блок 16 и блок 17 позвол ют осуществить синхронное детектирование сигнала Ueb)Xls (t) радиосигналами Uftbnt((t) на удвоенной час29Thus, block 16 and block 17 allow synchronous detection of the signal Ueb) Xls (t) by radio signals Uftbnt ((t) at a doubled clock
тоте гармонических несущих сигналов Так как Ј0 (W0/2)/Vib, то при выборе (2fu) О W /ЪTote of harmonic carrier signals Since Ј0 (W0 / 2) / Vib, then when choosing (2fu) О W / Ъ
& &
Н - 1V AJBH П ГДе П целое число, длина волны звука на частоте гармонического несущего сигнала, т.е. при выборе оптической апертуры WQ блоков 9 и 10 вдоль направлени распространени звука, кратной Длине волны звука в кристаллах блоков 9 и 10 на частоте гармонического несущего сигнала fH, получаем дл UBblx (t) следующее выражение:H - 1V AJBH P GDE P an integer, sound wavelength at the frequency of the harmonic carrier signal, i.e. when choosing the optical aperture of the WQ blocks 9 and 10 along the direction of sound propagation multiple of the sound wavelength in the crystals of blocks 9 and 10 at the frequency of the harmonic carrier signal fH, for UBblx (t) we get the following expression:
ьГ°г l ° g
U6bIM7(t) 2 JotUBbl4(0)e,U6bIM7 (t) 2 JotUBbl4 (0) e,
К. TO.
Й-.L г- гY.-.L y-y
2 Kb,4)(t- -Uo , 2 Kb, 4) (t- -Uo,
i о -«.),i o - ".),
dd
(t)(t)
Таким образом, сигнал U6b)X на выходе блока 17 - фильтра низких частот представл ет сумму сверток трехуровневых импульсных последовательностей flJBb,M (t )„ , (t )g с удвоенным масштабом времени (ускоренным в 2 раза протеканием событий) и посто нной задержкой t 2(t -$e). Поскольку трехуровневые импульсные последовательности {и (t)g и |ГиВЬ| представл ют знакопеременные числа в конической форме полиномов по степен м двойки со знакопеременными (-1,0,+1) коэффициентами при степен х двойки, т„е.Thus, the signal U6b) X at the output of block 17 - a low-pass filter represents the sum of convolutions of three-level pulse sequences flJBb, M (t) „, (t) g with a doubled time scale (2 times accelerated by events) and a constant delay t 2 (t - $ e). Since the three-level impulse sequences {and (t) g and | ГИВЬ | represent the alternating numbers in the conical form of polynomials in powers of two with alternating (-1.0, + 1) coefficients for powers of two, m.
N-t LuBb.)Je g x-.J,,N-t LuBb.) Je g x-.J ,,
xrect t - (i+1)T, N-ixrect t - (i + 1) T, N-i
где X6 S V 2 where x6 s v 2
и аналогичноand similarly
шsh
Cu-x5 jSfr e tN-lCu-x5 jSfr e tN-l
где Уе S y .k%2 where is ye S y .k% 2
JeOJeo
то выражение дл (t) можно записать в видеthen the expression for (t) can be written as
гм-г NUMeo (t) .1 Z xsj€ ГIffiTi A /- i(° 2()1 um-z NUMeo (t) .1 Z xsj € ГIffiTi A / - i (° 2 () 1
ЧУ( + (1} (ТиУт JNC (+ (1} (TiUt J
35836303583630
где i и j - целые переменные, i where i and j are integer variables, i
0,1,2N-1 и j 0,1,2,..., 0,1,2N-1 and j 0,1,2, ...,
(2N-2);(2N-2);
5 Г, . / .) 2(t -С0)15 G,. /.) 2 (t -C0) 1
L ( еДинична положительна треугольна функци (функци пилы, вл юща с результатом операции свертки функций 10 - (i + 1)Т,L (eDiNal positive triangular function (saw function, resulting from the convolution function of the function 10 - (i + 1) T,
®- знак операции свертки. При условии пТ, где п - целое , выражение дл Uftbty (t) можно преобразовать к виду 2N-2 N-® is the sign of a convolution operation. Provided that PT, where n is an integer, the expression for Uftbty (t) can be converted to the form 2N-2 N-
н6Ых„ (t) g, Z: S x;k-y(j-,)kn6Yh „(t) g, Z: S x; k-y (j -,) k
, ( „ , („
(j + От(j + From
20 где Т Т/2. Условие 2 2ft пТ при учете ранее наложенного услови (2Јц)0 п означает, что частота гармонического несущего сигнала должна быть кратна частоте следовани 20 where T T / 2. The condition 2 2ft pT, taking into account the previously imposed condition (2Јts) 0 n, means that the frequency of the harmonic carrier signal must be a multiple of the following frequency
25 импульсов в импульсных последовательност х , соответствующих элементам векторов, т.е. числам х и у«, или 1/fj, пТ. Поэтому частота следовани импульсов (тактова частота)25 pulses in pulse sequences corresponding to the elements of the vectors, i.e. the numbers x and y ", or 1 / fj, pT. Therefore, the pulse frequency (clock frequency)
30 должна образовыватьс посредством делени частоты гармонического несущего сигнала, что осуществл етс блоками 2 и 3 (фигЛ).30 must be formed by dividing the frequency of the harmonic carrier signal, which is accomplished by blocks 2 and 3 (FIG.).
Сигнал U6b|Xn(t) с выхода блока 17 фильтра низких частот поступает на вход блока 18, в котором при поступлении импульсов с периодом следовани Т1 на первый тактовый вход, соединенный с выходом блока 2, осуществл етс стробирование сигнала U БЬ|х ,7(t) , т3е. преобразование его в сигнал Ujg(jT ), а затем преобразование сигнала (jT ) в цифровой (двухуровневый сигнал) Ufcbu ,8 (jT1 ) причем преобразование в цифровой сигнал осуществл етс раздельно дл положительных и отрицательных значений U1g(jT ), -дл управлени которым используетс тактовый CHI- нал, поступающий на второй тактовый вход блока 18 с выхода блока 19, вход которого соединен с выходом блока 2. При этом стробирование сигнала ийЫХ1 в блоке 18 в моменты времени t jT/1 приводит к образованиюThe signal U6b | Xn (t) from the output of the low-pass filter block 17 is fed to the input of block 18, in which, when pulses with a pulse period T1 arrive at the first clock input connected to the output of block 2, the signal U B | x, 7 is gated (t), m3e. converting it to the signal Ujg (jT), and then converting the signal (jT) to a digital (two-level signal) Ufcbu, 8 (jT1) and converting to a digital signal is carried out separately for positive and negative values of U1g (jT), which control a clock CHI is used that arrives at the second clock input of block 18 from the output of block 19, the input of which is connected to the output of block 2. At the same time, the gates of the EXC1 signal in block 18 at times t jT / 1 result in the formation
55 игнала U18 (jTf)55 ignals U18 (jTf)
2N-2 М- 2N-2 M-
u,8(ji ) -S S Ые .°u, 8 (ji) -S S Ho. °
4040
4545
3131
Можно показать, что полученный после стробировани сигнал U(jTr) вл етс двупол рной импульсной последовательностью с амплитудами импульсов , равным коэффициентам при степен х двойки при представлении числа z - результата скал рного произведени векторов VJ и fyj,It can be shown that the signal U (jTr) obtained after gating is a bipolar pulse sequence with amplitudes of pulses equal to the coefficients at powers of two when representing the number z, the result of the scalar product of the vectors VJ and fyj,
т.е. (V УД z, где z - скал р (число), обозначение транспр- нированного вектора„ В соответствии с известным определением скал рное произведение векторов Ј 1 и размерности п есть число Т,Ј, +those. (V УД z, where z is a scalar p (number), the designation of the transposed vector “In accordance with the well-known definition, the scalar product of the vectors Ј 1 and the dimension n is the number T,, +
+ ос. число образованное матричным произведением строки Јт на столбец { , в канонической форме полинома по степен м двойки со знакопеременными коэффициентами при степен х двойки о Известно, что дл двухуровневых импульсных последовательностей , представл ющих числа xbfl и yb 0, такое перемножение чи10 + wasp the number formed by the matrix product of the row наt by the column {, in the canonical form of a polynomial in powers of two with alternating coefficients at powers of two It is known that for two-level pulse sequences representing the numbers xbfl and yb 0, this multiplication is10
173583632173583632
сел называетс алгоритмом дискретной сверткиvillages are called discrete convolution algorithm
Фактически алгоритм перемножени посредством дискретной свертки эквивалентен аналоговому сложению частичных произведений при последовательном перемножении чисел столби ком.In fact, the multiplication algorithm by discrete convolution is equivalent to the analog addition of partial products when successively multiplying numbers by a column.
Рассмотрим вид сигнала U (jT1) на примере перемножени 1-х элементов векторов, соответствующих знакопеременным числам ХЈ 5, У{ 7 представленных трехуровневыми им- 15 пульсными последовательност ми, соответствующими этим числам в канонической форме полиномов гго степен м двойки со знакопеременными (-1, О, +1) цифрами, т.е.Consider the form of the signal U (jT1) using the example of multiplying the 1-th element of the vectors corresponding to the alternating numbers XЈ 5, Y {7 represented by three-level pulse sequences corresponding to these numbers in the canonical form of the polynomials of the 2-th power of two with the alternating (-1 , Oh, +1) in numbers, i.e.
(+0-23 + 5 и у, (-0(0) (+0 (-0 - (-0-23 +(+ 0-23 + 5 and y, (-0 (0) (+0 (-0 - (-0-23 +
V . . в / - V -.ЛV. . in / - V -.L
2020
х (+ОНМ+ОН) . . fcx (+ ONM + OH). . fc
+ (-0 22 + (+0 2 + (-1)-2ь+ (-0 22 + (+0 2 + (-1) -2)
+ П-22 + (+0-21 + (-1)«2° -7.+ P-22 + (+ 0-21 + (-1) "2 ° -7.
Произведение этих чисел будет равноThe product of these numbers will be equal to
(+О (-i)(+0(-O (-O(o)(+O(-O (+0(-0(+0(-0 (-0(о) (+1Н-0(+ O (-i) (+ 0 (-O (-O (o) (+ O (-O (+0 (-0 (+0 (-0 (-0 (o) (+ 1H-0
(-0(+0(-0(+0 (+0(-t)(+0(-0 оо о о х(-0 (+0 (-0 (+0 (+0 (-t) (+0 (-0 ° o about x
-0(+0(-t)(+0 ч -0 (+0 (-t) (+ 0 h
ч ч h h
(-0(+Оч(оГ(-Ш+2И-2}(-и) (-0 (+ Och (oG (-Sh + 2I-2} (- and)
(rt)-2« + (+0-2 - (0) 24 + + (+2) «22 + (-2)- 2 + (+0-2° -64+32+0-8+8-4+1 - -35 хгуе 5(-7). (rt) -2 "+ (+ 0-2 - (0) 24 + + (+2)" 22 + (-2) - 2 + (+ 0-2 ° -64 + 32 + 0-8 + 8- 4 + 1 - -35 hgue 5 (-7).
При этом fu18(jT )e/b0 1; , . (lJ,8(JT )f,- f - -2; tlJieUT i/M +2; (jT )|j- -I . , {Ui8(JT )bff4 - 0; ((jT ) i;fu48(jT )|,-.6 -1. In addition, fu18 (jT) e / b0 1; , (lJ, 8 (JT) f, - f - -2; tlJieUT i / M +2; (jT) | j- -I., {Ui8 (JT) bff4 - 0; ((jT) i; fu48 (jT ) |, -. 6 -1.
Процесс формировани сигнала Ujg(jT ) дл перемножени чисел xg 5 и yg -7, представленных сигналами ,UBblX4 (t)j p и иЬЫХ5 (t)eThe process of forming the signal Ujg (jT) for multiplying the numbers xg 5 and yg -7, represented by the signals, UBblX4 (t) j p and ILX5 (t) e
векторов. Поэтому дл получени ск л рного произведени векторов Z txj в обычной цифровой форм в виде двухуровневой импульсной 45 последовательности, соответствующе представлению знакопеременных чисел в дополнительном коде, необходимо осуществить аналого-цифровое преобразование двупол рного сигналаvectors. Therefore, to obtain a scaled product of the vectors Z txj in the usual digital form in the form of a two-level pulse sequence 45, corresponding to the representation of alternating numbers in the additional code, it is necessary to carry out an analog-digital conversion of the two-polar signal
т.е. формирование сигнала UBblx (t) 50 полученного стробирова .. ..ВЫХ1those. signal shaping UBblx (t) 50 received by strobirov .. ..OUT1
и сигнала UieCjT ), вл ющегос стробированным результатом свертки Сивьпг4 (fc9e® LuBbiys(t)J€, изображен на временных диаграммах на фиг,3. При этом, при перемножении всех возможных чисел значение Uig(jT ) заключено в диапазоне -NL; U,(jT 5Ј -NL, где N - число разр дов перемножаемых чисел, L - число элементовand the signal UieCjT), which is the gated result of the Syvp4 convolution (fc9e® LuBbiys (t) J €, is shown in the time diagrams in FIG. 3). When multiplying all possible numbers, the value Uig (jT) is in the -NL range; U , (jT 5Ј -NL, where N is the number of digits of the multiplied numbers, L is the number of elements
18.18.
нием в цифровой сигнал UBWJffeu(jT UBWJffeu (jT
соответствующий знакопеременным чис лам, а затем осуществить взвешивани знакопеременных чисел,представленны 55 сигнал9м Ueb|Jr,eu(jT(), коэффициентами 2 и произвести сложение взвешенных чисел дл получени результа та произведени Z V. Ју что осуществл етс в блоке 20, соединенcorresponding to the alternating numbers, and then weighting the alternating numbers, represented by the 55 signal 9m Ueb | Jr, eu (jT (), coefficients 2 and add up the weighted numbers to get the result of the product Z V.
10ten
7358363273583632
сел называетс алгоритмом дискретной сверткиvillages are called discrete convolution algorithm
Фактически алгоритм перемножени посредством дискретной свертки эквивалентен аналоговому сложению частичных произведений при последовательном перемножении чисел столбиком .In fact, the multiplication algorithm by discrete convolution is equivalent to the analog summation of partial products when successively multiplying numbers by a bar.
Рассмотрим вид сигнала U (jT1) на примере перемножени 1-х элементов векторов, соответствующих знакопеременным числам ХЈ 5, У{ 7, представленных трехуровневыми им- 15 пульсными последовательност ми, соответствующими этим числам в канонической форме полиномов гго степен м двойки со знакопеременными (-1, О, +1) цифрами, т.е.Consider the form of the signal U (jT1) using the example of multiplying the 1-th element of the vectors corresponding to the alternating numbers X, 5, Y {7, represented by three-level pulse sequences corresponding to these numbers in the canonical form of polynomials of the 2nd degree two with alternating-sign (- 1, 0, 1) in numbers, i.e.
(+0-23 + 5 и у, (-0(0) (+0 (-0 - (-0-23 +(+ 0-23 + 5 and y, (-0 (0) (+0 (-0 - (-0-23 +
V . . в / - V -.ЛV. . in / - V -.L
2020
х (+ОНМ+ОН) . . fcx (+ ONM + OH). . fc
+ (-0 22 + (+0 2 + (-1)-2ь+ (-0 22 + (+0 2 + (-1) -2)
+ П-22 + (+0-21 + (-1)«2° -7.+ P-22 + (+ 0-21 + (-1) "2 ° -7.
(-0-23 +(-0-23 +
векторов. Поэтому дл получени скал рного произведени векторов Z txj в обычной цифровой форме в виде двухуровневой импульсной последовательности, соответствующей представлению знакопеременных чисел в дополнительном коде, необходимо осуществить аналого-цифровое преобразование двупол рного сигналаvectors. Therefore, to obtain the scalar product of the vectors Z txj in the usual digital form in the form of a two-level pulse sequence, corresponding to the representation of alternating numbers in the additional code, it is necessary to carry out analog-digital conversion of the two-polar signal
полученного стробироваи т полученного стробирова18 ., the resulting strobing of the received strobirov18,
нием в цифровой сигнал UBWJffeu(jT ),UBWJffeu (jT) digital signal
соответствующий знакопеременным числам , а затем осуществить взвешивание знакопеременных чисел,представленных сигнал9м Ueb|Jr,eu(jT(), коэффициентами 2 и произвести сложение взвешенных чисел дл получени результата произведени Z V. Ју что осуществл етс в блоке 20, соединен33corresponding to the alternating numbers, and then weighting the alternating numbers represented by the signal 9m Ueb | Jr, eu (jT (), by the coefficients 2 and add the weighted numbers to get the result of the product Z V. From the block 20, connected
ном с блоком 18 с получением цифрового сигнала в видеMr. with block 18 to obtain a digital signal in the form
2N-22n-2
ивых20цат ) -z; иivyh20tsat) -z; and
J6b1V,J6b1V
„о Так же как и формирование сигнала (JT ), получаемого стробированием , так и преобразование его в Ugbntiei/JT1) осуществл етс в блоке 18 (фиг„Л, При этом выходным сигналом блока 20 и, соответственно, всего устройства будет сигнал следующего вида:„O As well as the formation of the signal (JT) obtained by gating, it is also converted to Ugbntiei / JT1) in block 18 (Fig L). The output signal of block 20 and, accordingly, the entire device will be the following signal :
1717
UU
выхц JT UBWXwu(jT ) JT UBWXwu (jT) output
(JT1 2П(JT1 2P
JJ
ГR
Н S U8blX ,8цH S U8blX, 8ts
,г.и-г г-о, Mr. and Mr. Mr.
J-oJ-o
-(j +- (j +
J3on( S .,°T3 S Z;9an(2 x rectjt - (j + 1)T. J3on (S., ° T3 S Z; 9an (2 x rectjt - (j + 1) T.
Таким образом, устройство изображенное на фиг„1, осуществл ет определение результата скал рного произведени векторов Z Јxj. , где СХ3 и СУ вектора размерности L со знакопеременными элементами в виде знакопеременных N-разр дных чисел в дополнительном коде, с получением двухразр дного результата в дополнительном коде.Thus, the device shown in Fig. 1 performs the determination of the result of the scalar product of the vectors Z Јxj. , where СХ3 and SU of vector of dimension L with alternating elements in the form of alternating N-bit numbers in an additional code, with obtaining a two-digit result in an additional code.
В устройстве вычислени скал рного произведени вектора со знакопеременными элементами векторов, представленными знакопеременными числами в дополнительном коде, реализующем предлагаемый способ (фиг.1), в качестве блоков 9 и 10 (многоканальные пространственно-временные акустооптические модул торы света (МПВАОМ)) могут быть использованы различные типы известных в насто щее врем МПВАОМ, причем число каналов МПВАОМ может достигать 128 и теоретически ограничено значением 512, при этом в качестве элементов цифровых электронных узлов могут быть использованы микросхемы серии К500, К1500. В качестве каналов блоков 6 и 7 (многоканальные амплитудно- фазовые манипул торы), а также дл блока 16 (аналоговый перемножитель ), могут быть использованы микросхемы аналоговых перемножителей- модул торов , , и 526ПС1, 526ПС2 либо„цифро , In the device, calculating the scalar product of a vector with alternating elements of vectors represented by alternating numbers in the additional code implementing the proposed method (Fig. 1), blocks 9 and 10 (multi-channel space-time acousto-optic light modulators (MPVAOM)) can be used various types of currently known MWASM, the number of channels MWASM can reach 128 and is theoretically limited to 512, while as elements of digital electronic nodes I can t be used chip series K500, K1500. As channels of blocks 6 and 7 (multichannel amplitude-phase manipulators), as well as for block 16 (analog multiplier), chips of analog multipliers-modulators,, and 526PS1, 526PS2 or “digital,
1515
2020
735 363J735 363J
вые микросхемы серии «500 и К1500 дл параллельного аналого-цифрового преобразовател двупол рных сигналов - блока 18 - могут быть использованы микросхемы параллельных аналого- цифровых преобразователей 1107ПВЗ и 1107ПВ, позвол ющие работать с тактовыми частотами до 100 МГцв500 and K1500 series microcircuits for parallel analog-digital converter of bipolar signals - block 18 - microcircuits of parallel analog-digital converters 1107ПВЗ and 1107ПВ can be used, allowing operation with clock frequencies up to 100 MHz in
JQ По сравнению с известным способом предлагаемый позвол ет увеличить в k раза скорость определени результатов векторно-матричных преобразований при сохранении размерности обра- батываемых массивов или при сохранении скорости определени результатов увеличить в 2 раза размерность обрабатываемых массивов. Объ сн етс это следующим образом, В известном способе дл операций со знакопеременными числами используетс избыточное представление знакопеременных чисел, т„е. организуетс разделение чисел на положительные и отрицательные и используютс четыре независимых канала вычислений с последующим суммированием результатов вычислений с учетом знаков,, При этом дл организации четырех независимых каналов вычислений - используетс частотное уплотнение каналов, т,е0. формирование радиосигналов с частотным уплотнением , где часть полосы частот, равна W/2 при условии, что W - полоса частот пропускани по каждомуJQ In comparison with the known method, the proposed method allows to increase by a factor of k the speed of determining the results of vector-matrix transformations while maintaining the dimension of the processed arrays or maintaining the speed of determining the results by a factor of 2 to increase the dimension of the processed arrays. This is explained as follows. In a known method, for operations with alternating numbers, a redundant representation of alternating numbers is used, i.e. the division of numbers into positive and negative is organized and four independent channels of computations are used, followed by summing up the results of the calculations, taking into account the signs,. To organize four independent channels of computations, the frequency multiplexing of the channels, t, e0, is used. generation of radio signals with frequency multiplexing, where part of the frequency band is equal to W / 2, provided that W is the frequency band for each
35 входу акустооптического процессора, отводитс дл представлени чисел, одного знака с последующим вводом радиосигналов в акустооптический процессор . При этом, если рассматривать35 to the input of the acousto-optic processor, is assigned to represent the numbers, one character followed by the input of radio signals into the acousto-optic processor. In this case, if we consider
40 каждый отдельный вход акустооптического процессора, то его пропускна способность будет определ тьс количеством информации, передаваемом через него в единицу времени. Одна45 ко, известно, что в соответствии с теоремой Шеннона пропускна способность С канала с полосой частот W, в котором имеетс произвольный шум, ограничена неравенством40 each individual input of the acousto-optic processor, its capacity will be determined by the amount of information transmitted through it per unit of time. However, it is known that, according to the Shannon theorem, the bandwidth C of a channel with a frequency band W in which there is arbitrary noise is limited by the inequality
2525
30thirty
WlogWlog
Р +P +
NINi
ЈC«ЈW logЈC "W log
Р + NP + N
5five
где Р N средн мощность передаваемых сигналов; средн мощность шума;where P N N is the average power of the transmitted signals; average noise power;
К - энтропийна мощность шума, т.е. средне-геометрическа мощность шума по различным частотам в полосе WK - entropy noise power, i.e. geometric mean noise power at different frequencies in the W band
3535
N,N,
logN(f)df logN (f) df
где N(f) - мощность шума на частоте f.where N (f) is the noise power at frequency f.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894697766A SU1735836A1 (en) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | Method of determining vector-matrix transformation results in concurrent acoustooptical processing units |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894697766A SU1735836A1 (en) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | Method of determining vector-matrix transformation results in concurrent acoustooptical processing units |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1735836A1 true SU1735836A1 (en) | 1992-05-23 |
Family
ID=21450626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894697766A SU1735836A1 (en) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | Method of determining vector-matrix transformation results in concurrent acoustooptical processing units |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1735836A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656738C1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method and system of the numbers counting and summing distributed operations execution with application of the optical signals level analog to digital converters |
-
1989
- 1989-05-29 SU SU894697766A patent/SU1735836A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент US № 4592004, кл. G 06 G 9/00, 1984. Casasent D., lackson I., Neuman С. Ereauencvmultiplexed and pipelined iterative optical systolie array processors. - Applied Opties, 1983, vol. 22, № 1, p0 115-124. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656738C1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-06-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method and system of the numbers counting and summing distributed operations execution with application of the optical signals level analog to digital converters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4107783A (en) | System for processing arithmetic information using residue arithmetic | |
US3959637A (en) | Digital filter | |
SU1735836A1 (en) | Method of determining vector-matrix transformation results in concurrent acoustooptical processing units | |
US4042814A (en) | Electro-optic binary adder | |
US4542367A (en) | Optical digital to analog converter | |
US3689750A (en) | Phase-independent digital correlator for use in radar systems | |
RU2786174C1 (en) | Method for transmitting discrete messages with encryption and a system for its implementation | |
RU2818225C1 (en) | Method of transmitting discrete messages with two-step encryption system and system of devices for its implementation | |
RU2794517C1 (en) | Discrete message transmission method and system for its implementation | |
RU2819200C1 (en) | Method of transmitting discrete messages with extended encryption of codes and system for its implementation | |
SU1241518A1 (en) | Device for generating signal with multiple differential phase shift modulation | |
SU1098005A1 (en) | Device for orthogonal walsh-adamard transforming of digital signals | |
SU613350A1 (en) | Pseudorandom signal generator | |
SU596933A1 (en) | Wolsh function generator | |
SU1150633A1 (en) | Device for generating functions | |
SU824209A1 (en) | Device for series adding of pulse-frequency signals | |
SU997036A1 (en) | Random code sensor | |
SU1394443A1 (en) | Stereo signal driver | |
SU1083200A2 (en) | Device for implementing fast fourier transform | |
SU1091145A1 (en) | Walsh function generator | |
SU849224A1 (en) | Device for computing walsh function spectrum | |
SU1195465A1 (en) | Device for searching pseudonoise signals | |
SU1363199A1 (en) | Random-number generator | |
SU942013A1 (en) | Pseudo-random sequence generator | |
SU783786A1 (en) | Coder |