Изобретение относитс к вычислител ной технике и предназначено дл стати ческой обработки информации в реальном времени, используемой дл решени большого класса научно-технических задач. Известно устройство дл вычислени статистических характеристик случайных процессов р. Основным недостатком этого процесса вл етс последовательный процесс вычислени статистических характеристик: вначале значений коррел ционной функции, а затем - значений спектраль ной плотности мощности. При вычислени спектральной плотности мощности на ос новании Фурье-преобразовани коррел ционной функции необходимо многократно веро тностно кодировать как значение коррел ционной функции, так и значение косинуса. При достижени удовлетворительной точности вычислени спектральной плотности мощности (5-10%) требуетс кратность кодировани , в сотни раз превышающа кратность кодировани при вычислении коррел ционной функции. Оба обсто те льства приводгт к относительно большим временным затратам. Наиболее близким по технической сущности к Предлагаемому вл етс веро тностный спектрокоррелометр, содержащий блок центрировани , первый вход которого вл етс входом спект|зйкоррелометра , а выход подключен к первому входу первого блока вентилей, выход которого соединен с первым входом блока веро тностного округлени , выход которого соединен со входом динамического регистра, охваченного обратной св зью, выход которого подключен к первому бходу регистра числа, первый выход которого .соединен с первым входом первого блока сравнени , выход которого подключен к первому входу блока веро тностного умножени , второй вход которого подклю- чем к выходу второго блока сравнени а выход соединен с информационным входом блока пам ти, первый выход которого подключен.ко второму входу блока центрировани , второй через блок определени коэффициента Масшта ба соединен со вторым входом первого блока вентилей, второй вход блока веро тностного округлени , второй вход первого и первый вход второго блоков сравнени соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами генератора случайных чисел, второй вход второго блока сравнений подключен к выходу блока веро тностного округлени , управл ющие входы первого блока вентилей, динамическог регистра, блока пам ти и регистра числа соединены соответственно с пер выми четырьм выходами блока управле ни , генератор гармонических функций и второй блок вентилей, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу генератора гар монических функций и ко второму выхо ду регистра 2. Основным недостатком известного веро тностного спектрокоррелометра вл етс недостаточна точность вычислени коррел ционной функ1 и и плотности мощности при небольших выборках . Цель изобретени - повышение томности и быстродействи при небольших выборках дл высококачественных процессов. Поставленна цель достигаетс тем что в веро тностный спектрокоррелометр , содержащий генератор гармонических функций, блок центрировани , первый вход которого вл етс первым входом спектрокоррелометра, а первый выход соединен с первым входом блока веро тностного умножени , блок динамических регистров, охваченный по первому входу обратной св зью, выход которого подключен к первому входу регистра числа, выход которого соеди нен с первым входом блока сравнени , второй вход которого подключен к пер вому выходу генератора псевдослучайных чисел, второй выход которого соединен со вторым входом блока центри ровани , выход блока сравнени подключен ко второму входу блока веро т ностного умножени , блок пам ти, пер вый выход которого соединен с третьим ВХОДОМ блока центрировани , со вторым входом регистра числа и со входом блока масштабировани , выход которого подключен ко второму входу блока динамических регистров, первые п ть выходов блока синхронизации подключены соответственно к третьему входу блока динамических регистров, к четвертому входу блока центрировани , к третьему входу блока веро тностного умножени , к первому входу блока пам ти, к третьему входу регистра числа, введены три триггера и блок формировани приращений суммарного результата, первые входы первого и второго триггеров объединены и вл ютс вторым входом спектрокоррелометра, второй вход первого триггера подключен к первому выходу генератора гармонических функций , второй выход которого соединен с п тым Входом блока центрировани , шестой вход которого объединен с четвертым входом блока веро тностного умножени и подключен к выходу регистра числа, четвертый вход которого объединен с четвертым входом блока динамических регистров и с четвертым входом блока веро тностного умножени и соединен со вторым выходом блока центрировани , первый выход которого подключен к третьему входу первого триггера и ко второму входу второго триггера, третий вход второго триггера подключен ко второму выходу блока динамических регистров, выход второго триггера соединен с первым входом блока формировани приращений суммарного результата, второй, третий, четвертый , п тый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам первого триггера блока веро тностного умножени , к шестому выходу блока синхронизации , к первому выходу блока пам ти и к выходу третьего триггера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому выходу блока формировани приращений суммарного результата и ко второму выходу блока пам ти, выход третьего триггера подключен ко второму входу блока пам ти, третий вход которого подключен ко второму выходу блока формировани приращений суммарного результата, выход первого триггера соединен с п тым входом блока динамических регистров, вход генератора псевдослучайных чисел подключен к седьмому выходу блока синхронизации. 5 На чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого веро тностного спе трокоррелометра, Веро тностный спектрокорреломет содержит блок 1 центрировани , гене тор 2 псевдослучайных чисел, триг гер 3 знака первого сомножител , триггер знака второго сомножител генератор 5 гармонических функций, блок 6 масштабировани , блок 7 дина мических регистров, блок 8 веро тностного умножени , блок 9 синхронизации , регистр 10 числа, блок 11 формировани приращений суммарного результата,блок 12 пам ти, блок 13 сравнени ,триггер 1 знака результьт Спектрокоррелометр в режиме вычислени спектральной плотности мощ ности ) реализует следующий метой вычислений, Исследуема временна последова тельность x(l,At),состо ща из N членов (i 1,N), раздел етс на К Iучастков,.состо щих из q членов каж дый (N Kq).Затем дл каждого учас ;ка вычисл етс точечна оценка пери дограммы и производитс усреднение найденных периодограмм по всем имею щимс участкам, т.е. вычисление р ( производитс согласно формуле 5хСр-тК Че Г-° Х А« . eU) .) точечна -оценка периодограммы (дл 1 - того участка); X g - центрированна ордината временной последовательности. При вычислении коррел ционной функции используетс следующа формула МР N i N-f . р - номер текущей ординаты коррел ционной функции. Рассмотрим работу спектрокоррелометра при вычислении спектральной плотности мощности. 3 Перед началом работы веро тност ного спектрокоррелометра по команде Начальна установка все блоки устройства устанавливаютс в исходное состо ние, блок 12 пам ти и блок 7 динамических регистров обнул ютс , после чего устройство готово к работе . Ординаты исследуемого случайного процесса, представленные дискретным кодом по входу 1 и знаком ординаты по входу 2, записываютс в блок 1 центрировани и в триггеры знаков сомножителей 3 и . В блоке 1 центрировани производитс центрирование ординаты х, . т.е. выполнение действи п - оценка математического ожидани , находитс в регистре блока 1 центрировани . В случае, если вычитаема величина т больше по абсолютной величине, чем х, то знак ординаты, хран щийс на триггерах 3 и , мен етс по сигналу из блока 1. После центрировани ордината X. и ее знак записываютс из блока 1 центрировани и триггера знака 3 в блок 7 динамических регистров по сигналу с блока 9 управлени . Содер жимое блока 7 динамических регистров сдвигаетс на один разр д вправо, освобожда входные разр ды дл за1писи следующей ординаты. После заполнени блока 7 динамических регистров начнетс процесс вычислени точечной оценки периодограммы 1-го участка. При этом производ тс следующие действи , первое число из блока 7 динамических регистров заноситс на вход регистра 10 числа по сигналу из блока 9 управлени , из регистра 10 числа информаци подаетс на вход блока 13 сравнени , где сравниваетс с числом, поступающим с генератора псевдослучайных чисел. Одновременно число с генератора 5 гармонических функций подаетс на вход блока 1 центрировани , где сравниваетс с числом, по ступающим из генератора 2 псевдослучайных чисел. Используемый в спектрокоррелометре метод представлени числа многосимвольным , веро тностным кодом предполагает мгновенные значени веро тноЪти произведени чисел, завис щие от -(исла некодируемых разр дов и от результата кодировани прочих разр 7дов . Дл простоты рассмотрим перемн жение двух чисел, представленных трехсимво ьным кодом (табл. 1). Представленные компоненты (старший разр д 1 множител , результат веро тностного кодировани всех разр до кроме старшего первого множител Р(1), старший разр д второго множител , результат веро тностного коди ровани всех разр дов, кроме старше го, второго множител Р(11) снимаютс с блока 1 центрировани , регис ра 10 числа и блока 13 сравнени таким образом, что старший разр д первого множител снимаетс со втор го выхода блока центрировани , результат веро тностного кодировани Р(I) - с первого выхода блока 1 цен рировани , старший разр д второго множител снимаетс с выхода регист ра 10 числа, результат веро тностно го кодировани Р(11) - с выхода бло 13 сравнени . В зависимости от сочетани значе ний с выходов выше перечисленных блоков в блоке 8 веро тностного умножени вырабатываютс сигналы. Результат веро тностного умножени из блока 8 веро тностного умножени поступает в блок 11 формирова ни приращений суммы, где выр1батываетс сигнал приращени дл суммировани с промежуточным итогом из блока 12 пам ти. Знак суммировани определ етс комбинацией триггеров 3 и t знаков первого и второго сомножителей и ( sign и sign cos (Sign - и знаком триггера 1 промежуточного значени итоговых сумм . swvi .И X; сусо% -тг- ч iti ч Аналитически знаки суммировани , т.е..выполнение операций либо сложе ни , либо вычитани определ ютс из следующих соотношений: Сложить при условии , С05 )--, ii л . 1И о , 1 -) --Sig-v.T. У р. vA vftv - д 1 f q. 3 Вычесть при условии / - 5 .e( qrr iM :( q - где + - обозначение операции суммировани по модулю 2 (исключающее ИЛИ); S.igny - инверси переменной.Арифметические операции сложени и вычитани величин приращений, соответствующих мгновенным значени м веро тностей результата умножени (0,25-1, 0,5-2, 1,0-), провод тс в так называемой счетной арифметике . Это означает, что если величина вычитаемого приращени меньше по абсолютному значению содержимого промежуточного значени итоговых сумм, то в блоке 11 формировани приращений суммарного результата организуетс инверси триггера 1 знака результата и действие вычитани приращени замен етс сложением или вычитанием числа, обеспечивающим получение результата в счетной арифметике. Вышеупом нутые действи по сн ютс (с примером дл трехсимвольного кода) в табл. 2. Процесс веро тностного умножени и св занного с ним накоплени итоговых результатов может повтор тьс в зависимости от числа испытаний, установленных в блоке 9 .управлени . Число испытаний 36 определ етс величиной выборки номера ординат случайного процесса и требуемой точностью вычислений по соотношению -у где К - коэффициент- 2, определ ющий страховку результата от возможных случайных отклонений. По окончании умножени этих величин на блок 1 центрировани и на триггер 3 знака с генератора 5 гармонических функций подаетс соответствующее значение синуса Sin (Ttij/)) и повтор ет процесс веро тностного умножени .Л .. i Результат U(y Ф умножени с выхода блока о веро тностного умножени поступает в блок 11формировани приращений дл накоплени и затем поступает в блок 12пам ти дл запоминани . Затем производитс сдвиг блока 7 динамических регистров, на регистр 10 числа посту99 пает следующее число и вьпиеописанные процессы веро тностного умножени на соответствующие синусы и косинусы повтор ютс . После q сдвигов блока 7 динамических регистров на блок 1 центрировани из блока 12 пам ти поступает на копленна сумма s -cxjs- °0 i-iO C ра транзитом подаетс на блок 13 сравнени , где производитс ее веро тностное f квадрирование . Затем така же onepauTifl повтор етс дл другой суммы j.ii-o 1 .Результаты квадрировани , соответствующие j-ному меру вычисл емойточки периодограммы, с выхода блока 8 веро тностного умножени поступают в блок 11 приращений и далее записываютс в блок 12 пам ти. На этом процесс вычислени j-й точки периодо граммы заканчиваетс и описанный процесс полностью повтор етс дл (j + 1)-й точки периодограммы. Так происходит q раз. 3 Затем блок 7 динамических регистров заполн етс новыми q значени ми случайного процесса. Описанна последовательность повтор етс . Так происходит К раз. После окончани вычислений с блока 10 пам ти выдаютс результаты во внешнее устройство. Можно показать, что точность вычислений при многосимвольном кодировании при одинаковых заданных величинах и N повышаетс во столько раз по сравнению с односимвольным кодированием, сколько некодируемых символов числа используетс в данном способе вычислений. Логика работы блока приращений описываетс в табл. 3. Наличие св зи с седьмого выхода блока 9 управлени на вход генератора 2 псевдослучайных чисел обеспечивает повтор емость результатов при отладке прибора на эталонных процессах. В противном случае наладка прибора затрудн етс . IТ а б л и ц а 1The invention relates to a computing technique and is intended for the static processing of real-time information used to solve a large class of scientific and technical problems. A device for calculating the statistical characteristics of random processes p. The main disadvantage of this process is the sequential process of calculating the statistical characteristics: first, the values of the correlation function, and then the values of the spectral power density. When calculating the power spectral density on the basis of the Fourier transform of the correlation function, it is necessary to encode both the value of the correlation function and the cosine value repeatedly. In order to achieve a satisfactory accuracy of the calculation of the power spectral density (5-10%), the coding ratio is required, which is hundreds of times greater than the coding rate when calculating the correlation function. Both circumstances lead to relatively large time costs. The closest in technical essence to the Proposed is a probabilistic spectrocorrerelometer containing a centering unit, the first input of which is the input of the spectrorelometer, and the output is connected to the first input of the first valve unit, the output of which is connected to the first input of the probabilistic rounding unit. connected to the input of a dynamic register covered by feedback, the output of which is connected to the first byte of the register of the number whose first output is connected to the first input of the first block is compared The output of which is connected to the first input of the probability multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the second comparison unit, the output is connected to the information input of the memory unit, the first output of which is connected to the second input of the centering unit, the second through the Scale factor definition unit The ba is connected to the second input of the first valve block, the second input of the probability rounding block, the second input of the first and the first input of the second comparison block are connected respectively to the first, second and third outputs of the gene The random number racer, the second input of the second comparison unit is connected to the output of the probability rounding block, the control inputs of the first valve block, the dynamic register, the memory block and the number register are connected respectively to the first four outputs of the control unit, the harmonic function generator and the second block gates, the first and second inputs of which are connected respectively to the output of the generator of harmonic functions and to the second output of register 2. The main disadvantage of the known probability spectrocorrelometer There is a lack of accuracy in the calculation of the correlation function 1 and power density for small samples. The purpose of the invention is to increase the languor and speed with small samples for high quality processes. This goal is achieved by the fact that in a probabilistic spectrocorrelometer containing a generator of harmonic functions, a centering unit, the first input of which is the first input of the spectrocorrelometer, and the first output is connected to the first input of a probabilistic multiplication unit, a block of dynamic registers covered by the first input by feedback The output of which is connected to the first input of the number register, the output of which is connected to the first input of the comparator unit, the second input of which is connected to the first output of the pseudo-generator the second output of which is connected to the second input of the centering unit, the output of the comparison unit is connected to the second input of the probability multiplication unit, the memory unit whose first output is connected to the third INPUT of the centering unit, to the second input of the number register and to the input the scaling unit, the output of which is connected to the second input of the dynamic register unit, the first five outputs of the synchronization unit are connected respectively to the third input of the dynamic register unit, to the fourth input of the centering unit, to the third input of the probability multiplication unit, to the first input of the memory unit, to the third input of the number register, three triggers and a total result increment generation unit are added, the first inputs of the first and second triggers are combined and the second input of the first trigger is connected to the first output of the harmonic function generator, the second output of which is connected to the fifth Input of the centering unit, the sixth input of which is combined with the fourth input of the probability multiplication unit and connected to the register output of the number, the fourth input of which is combined with the fourth input of the dynamic register unit and with the fourth input of the probability multiplication unit and connected to the second output of the centering unit, the first output of which is connected to the third input of the first trigger and the second input of the second the trigger is connected to the second output of the dynamic register block, the output of the second trigger is connected to the first input of the total result increment block, the second, third, fourth, fifth and w Single inputs are connected respectively to the outputs of the first trigger of the probability multiplication unit, to the sixth output of the synchronization unit, to the first output of the memory unit and to the output of the third trigger, the first and second outputs of which are connected respectively to the first output of the total result incrementing unit and to the second the output of the memory unit, the output of the third trigger is connected to the second input of the memory unit, the third input of which is connected to the second output of the unit that generates increments of the total result, output d first flip-flop is coupled to a fifth input of the dynamic register block, random number generator input connected to the output of a seventh sync block. 5 The drawing shows the block diagram of the proposed probabilistic spectrocorrelometer, the Probability spectrocorrelomette contains a centering unit 1, a generator of 2 pseudorandom numbers, trigger 3 signs of the first factor, trigger sign of the second factor, 5 harmonic functions unit, scale unit 6, block 7 dynamic registers, block 8 of probabilistic multiplication, block 9 of synchronization, register 10 of the number, block 11 of generating increments of the total result, block 12 of memory, block 13 of comparison, trigger 1 sign of the result Spectrocorrel A meter in the mode of calculating the power spectral density) implements the following calculation method. The temporal sequence x (l, At) under study, consisting of N terms (i 1, N), is divided into K I parts, consisting of q members (N Kq). Then for each part; as a point estimate of the periodogram is calculated and the periodograms found are averaged over all available sections, i.e. the calculation of p (made according to the formula 5x Cp-tK Che G - ° X A ". eU).) point-periodogram estimate (for 1 - that portion); X g - centered ordinate of time sequence. In calculating the correlation function, the following formula is used: MP N i N-f. p is the number of the current ordinate of the correlation function. Consider the operation of a spectrocorrelometer when calculating the power spectral density. 3 Before the start of operation of the probable spectrocorrelometer by the command of Initial Setup, all units of the device are reset, the memory unit 12 and the dynamic register unit 7 are folded, after which the device is ready for operation. The ordinates of the random process under investigation, represented by the discrete code at input 1 and the sign of the ordinate at input 2, are recorded in the centering unit 1 and in the triggers of the signs of the factors 3 and. In block 1, the centering of the ordinate x, is performed. those. the execution of action n - the estimate of the mathematical expectation, is in the register of the unit 1 centering. In case the subtracted value m is larger in absolute value than x, then the sign of the ordinate stored on the flip-flops 3 and changes according to the signal from block 1. After centering the ordinate X. and its sign is recorded from block 1 of the centering and sign flip-flop 3 in block 7 of dynamic registers according to the signal from block 9 of control. The contents of block 7 of the dynamic registers are shifted by one bit to the right, freeing the input bits for recording the next ordinate. After filling in block 7 of dynamic registers, the process of calculating the point estimate of the periodogram of the 1st segment will begin. In this case, the following actions are performed; the first number from block 7 of dynamic registers is entered at the input of register 10 by the signal from control block 9; from register 10, the information is fed to the input of comparison block 13, where it is compared with the number coming from the pseudo-random number generator. At the same time, the number from the generator 5 harmonic functions is fed to the input of the centering unit 1, where it is compared with the number derived from the generator of 2 pseudo-random numbers. The method of presenting a number using a multi-character, probabilistic code used in a spectrocorrelometer assumes instantaneous values of the probability of the product of numbers depending on - (Isla uncoded bits and on the result of coding other bits 7. For simplicity, consider the overlap of two numbers represented by a three-character code (Table 1). The presented components (the highest bit of the multiplier 1, the result of the probabilistic encoding of all bits except the highest first multiplier P (1), the highest bit of the second multiplier, the result of The value coding of all bits, except for the older, second multiplier P (11) is removed from the centering unit 1, the 10th register, and the comparison unit 13 in such a way that the leading bit of the first multiplier is removed from the second output of the centering unit, the result the probability coding P (I) is from the first output of the centering block 1, the high bit of the second multiplier is removed from the register's output of the 10th number, the result of the probability coding P (11) is from the output of the block 13 comparisons. Depending on the combination of values from the outputs of the above listed blocks, signals are generated in block 8 of the probability multiplication. The result of probabilistic multiplication from block 8 of probabilistic multiplication enters block 11 to form increments of the sum, where the increment signal is extracted to sum up with the subtotal from block 12 of memory. The summation sign is determined by the combination of the triggers 3 and t of the signs of the first and second factors and (sign and sign cos (Sign - and the trigger sign 1 of the intermediate value of the total sums. Swvi. And X; suso% -hg iti h Analytic summation signs, t .e..performance or subtraction operations are determined from the following relations: Fold under the condition C05) -, ii l. 1O, 1 -) - Sig-vT At p. vA vftv - d 1 f q. 3 Subtract under the condition / - 5 .e (qrr iM :( q - where + is the designation of the modulo 2 summation operation (exclusive OR); S.igny is the inversion of the variable. Arithmetic addition and subtraction increment values corresponding to the instantaneous values of the probability multiplications (0.25–1, 0.5–2, 1.0–), are carried out in the so-called counting arithmetic. This means that if the value of the subtracted increment is smaller in absolute value of the intermediate value of the total sums, then block 11 forming increments of the total result of the body Inverting trigger 1 of the result sign and the subtraction increment action is replaced by adding or subtracting the number to get the result in counting arithmetic. The above actions are explained (with an example for a three-character code) in Table 2. The process of probabilistic multiplication and associated By this, the accumulation of the final results can be repeated depending on the number of tests set up in block 9 of the control. The number of tests 36 is determined by the size of the sample number of the ordinates of the random process and the required accuracy of calculations by the relation -y where K is a coefficient-2, which determines the insurance result from possible random deviations. After the multiplication of these values is completed, the centering block 1 and the trigger 3 characters from the harmonic function generator 5 are supplied with the corresponding sine value Sin (Ttij /)) and repeats the probabilistic multiplication process. L .. i Result U (y F multiplication from the output of the block The probabilistic multiplication enters the increment formation unit 11 for accumulation and then enters the depot 12pam for memorization.Then the dynamic registers block 7 is shifted, the next number and the above described probabilistic processes are entered into the 10th register. The oscillations for the corresponding sines and cosines are repeated. After the q shifts of the dynamic register block 7, the centering unit 1 from memory unit 12 is transferred to the accumulated sum s -cxjs- ° 0 i-iO C by transit to the comparison unit 13, where it is produced probabilistic f quadration. Then onepauTifl is also repeated for another sum j.ii-o1. Quadratic results corresponding to the jth measure of the computed periodogram point are output from block 8 of probabilistic multiplication into block 11 increments and then written into block 12 memories. This concludes the process of calculating the jth point of the periodogram and the process described is completely repeated for the (j + 1) th point of the periodogram. This happens q times. 3 Then block 7 of dynamic registers is filled with new q values of a random process. The sequence described is repeated. This happens K times. After completing the calculations from the memory block 10, the results are output to the external device. It can be shown that the accuracy of computations for multi-character encoding with the same given values and N increases by as many times as compared with single-character encoding, as many non-coded characters of the number are used in this computation method. The logic of operation of the increment block is described in Table. 3. The presence of communication from the seventh output of the control unit 9 to the generator input of 2 pseudo-random numbers ensures repeatability of results when debugging the instrument on the reference processes. Otherwise, adjustment of the instrument is difficult. IT a b l and c a 1
Таблица 2table 2
Таблица 3Table 3