SU942037A1 - Веро тностный коррелометр - Google Patents

Description

(5) ВЕРОЯТНОСТНЫЙ КОРРЕЛОМЕТР

Изобретение относитс  к вычислительной технике и предйазначено дл  определени  статистических характеристик случайных процессов и может найти применение в гидро метеорологии, автоматике, биологии, медицине и других област х.науки и техники. Известен коррелометр дл  вычислени  характеристик стационарных случайных процессов, содержащий ограниченную сферу применени , так как не может быть использован дл  обработки случайных процессов, нестационарных по математическому ожиданию l. Известенверо тностный корреломет содержащий сумматор, вход которого через третий блок вентилей сое динен с регистром, а выход через первый блок вентилей .со сдвиговым регистром, причем вход сдвигового р.егистра подключен к его выходу и первому входу второго блока сравнени , второй вход которого соединен с генератором случайных чисел и со входом первого блока сравнени , подключенного к однйму из входов блока веро тностного умножени , другой вход которого соединен с выходом второго блока сравнени , блок управлени , подключенный к генератору слу айных чисел и к блоку пам ти, вход которого подключен к блоку веро тностного умножени , счетчик, четвертый и п тый блоки вентилей и накапливающий регистр, второй выход счетчика и все выходы{накапливающего регистра через четвертый блок вентилей подсоединены ко вто-рому входу сумматора,.а выходы старших разр дов накапливающего ре.гистра и третий выход счетчика через п тый блок вентилей подсоединены к регистру, первый и второй выходы счеТчика подключены к третьему и четвертому, блокам вентилей, а вход счетчика соединен с блоком управлени  2}. Недостатком указанного устройст ва  вл етс  невозможность вычис лени  взаимокоррел ционной функции двух нестационарных процессов и функции математического ожида ни  любого из них./ Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет обработки неста ционарных по математическому ожиДанию процессов4 Указанна  цель достигаетс  те что в веро тностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел, сумматор, первый вход кото рого  вл етс  первым аходом коррелометра , второй подклнзчен к выходу блока сдвигающих регистров третий - к выходу регистра мате матического ожидани , четвертый к вьТходу накапливающего регистра, вход которого соединен с выходом суммы сумматора, а выход подключен к первому входу регистра .математического ожидани , второй вход кото рого  вл етс  вторым входом коррелометра , выход переноса и вы)д ра ности сумматора соединены соответственно с первой группой входов бл ка.веро тностного умножени  и с пе вым входом блока элементов И, выход которого подключен к первому входу блока сдвигающих регистров, выход блока веро тностного умножени  соединен с первым входом блока пам ти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований , второй регистр математического ожидани , второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого  вл етс  третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвертый , п тый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам второго регистра математическо ожидани , второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к перво му выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подкл 74 чен к п тому входу первого сумматора , шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока пам ти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разр да счетчика кратности стохастических преобразований , вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации , а разр дные выходы подключены ко второй группе входов блока веро тностного умножени , треть  группа входов которого соединена с выходом перенос.а второго сумматора, выход разности которого подключен ко входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидани , второй вход которого  вл етс  четвертым входом коррелометра, второй вход счетчика шагов подключен ко второму выходу блока синхронизации , третий вход которого объединен со входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разр да счетчика шагов, третий и четвертый входы блока пам ти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора и к первому выходу второго сумматора . На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого веро тностного коррелометра , на фиг.2 - структурна  схема блока управлени . Веро тностный коррелометр сОдержит 1 и 2 каналы преобразовани , в состав которых вход т сумматор 3 и два регистра - регистр i математического ожидани  и накапливающий регистр 5 кроме того, он содержит блок элементов И 6, блок 7 сдвигающих регистров, генератор 8 случайных чисел, блок 9 веро тностного умножени , блок 10 пам ти, регистр 11, счетчик 12 кратности стохастического преобразовани , счетчик 13 шагов , блок И синхронизации, счетчик 15 циклов. Структурна  схема блока управлени  показана на фиг.2. Этот блок содержит формирователь одиночного импульса 1б генератор 17 тактовых импульсов, элемент И 18, элемент 19 задержки, другой элемент И 20, 5 блок 21 анализа, триггер 22, другие блоки 23 и 2Ц анализа, счетчик 25 временных интервалов, элементы И 26 , элемент ИЛИ 28, триггер 29 определ ющий пуск коррелометра в ра боту. Веро тностный коррелометр работает следующим образом. Перед началом работы все блоки и элементы устройства устанавл1вают с  в исходное (нулевое) положение. В регистры математического ожидани  обоих каналов занос тс  начальные значени  т и т, основанные на предварительном, априорном знании процесса. Устройство может работать в следующих режимах. Вычисление автокоррел ционной функции ICJP) дл  N ординат по фор )-- ц:р-Шг х)х.р-тх). Вычисление взаимокоррел ционных функций по формулам, аналогичным с соответствующими элементами I К(Р) ,,на и в этом же сомножителе т., на 1П«. Дл  ) замен т в первом сомножителе суммы Хг на Xj и iryHa m, Вычисление того или иного вида коррел ционных функций определ етс  подключением того или иного процесса на первый и второй входы устройства. Вычисление функций математического ожидани  нестационарных случайных х,у процессов по формулам /.. ). VTS,Sn где J 0,1...; {); j - текущее 4;)- цела  часть числа j - номер текущей ординаты функции (4) ( номер участка стационарности (псевдостационарности ) функции |( - длина участка стационарно функции (t), определ ема  числом ординат, сн тых с этого участка, Передача случайных чисел из ген ратора случайных чисел во внешнее УСТ0ОЙСТВО. 76 - Режим вычислени  коррел ционных функций может быть по снен на примере расчета по формуле (Р). В этом случае на первый вход устройства подан процесс xftj на второй вход - процесс У). Весь процесс вычислени  коррел ционной функции дл  N пар ординат случайных процессов состоит из N циклов, в каждом из которых производитс  прием, преобразование пары ординат процессов и коррекци . промежуточных результатов а ординат коррел ционной функции, вычисленных дл  предыдущих ординат случайной функции. Каждый цикл приема, преобразовани  и коррекции состоит из ( подциклов, называемых в дальнейшем шагами. Работа устройства в этом режиме может быть по снена на примере обработки i-й пары ординат Со второго выхода блока Т синхронизации выдаетс  управл ющий сигнал, сдвигающий счетчик 13 шагов на одну позицию. В этом первом шаге обеспечиваетс  прием в первый и второй каналы 1 и 2 преобразовани  ординат процессов xCt7 и У(Ь)и суммирование их в сумматоре 3 обоих каналов с содержимым накапливающих регистров 5. Производитс  операци  накоплени  суммы ординат -.,сложение х-- с -f.-i . . - результаты записываютс  вновь внакапливающие регистры 5. В случае, если установленна  длина участка псевдостационарности выборки кратна текущему номеру прини™ маемой пары орд14нат х и после записи результата производитс  перепись содержимого регистра 5 в регистры математического ожидани  обоих каналов. Блок 7 сдвигающих регистров, сдвигаетс  на один разр д вправо, В сторону хран щихс  величин Х,в« После выполнени  шага 1 со второго выхода блока синхронизации выдаетс  управл ющий сигнал, сдвигающий счетчик 13 шагов на одну позицию . В этом втором шаге ординаты процессов x(t) и У№ подаютс  на первые входы сумматоров 3, на ахрды которого подано знач(вние математического ожидани  из регистра i. При вычислении кор|рел ционн)51х функций ста ционарных процессов в регистре 5 содержитс  посто нное значение априорна  величина математического ожидани  процесса х(ЬУили У. При вычислении коррел ционных функций нестационарных процессов вначале в регистр записываетс  начальна  величина математического ожидани  процесса Х или У(4;, а затем чере каждые пар ординат в регистр k переписываютс  соответствующие разр ды регистра 5, которые равн ютс  I величине , при « кратном степе дбух (дл  предлагаемого устройства это об зательное условие). 7.8 Производитс  операци  центрировани  ординатурой У в сумматорах 3. Образуютс  центрированные значени  f,j-m. Результаты центрировани  записываютс : дл  первого канала в блок 7 сдвигающих регистров, а дл  второго канала - в регистр 11. Блок 7 сдвигающих регистров может работать в следующих режимах: а сдвиг и отсутствие записи на вход; 6} при отсутствии сдвига запись на вход из канала преобразовани ; в) сдвиг и запись на вход с выхода блока сдвига(ощих. регистров. Распределение мест в блоке 7 сдвигающих регистров дано в табл.1. ГГри этом в шаге 1 блок 7 работает в вышеуказанном ); ежиме по п. oj, в шаге 2 - по п. d), в шагах 3 -2 - по п.. В третьем шаге информаци  с вы- хода блока 7 сдвигающих регистров подаетс  на п тый вход сумматора 3 дл  канала Ш), на четвертые вхо|ды сумматора 3 подаетс  число о-Р с генератора 8 случайных чисел и производитс  операци  вычитани  , первый элемент Множества случайных чисел дл  .l-ro цикла, дл  коррекции величины ординаты .1 )lc..%X.,W-.l, ,q,-4-, 3e. .N , Информации X|ij с выхода регистра 11 подаетс  на п тый вход сумматора 3 дл  канала Kft), на четвер тые входы сумматора 3 канала х(4)подает (-1

q-f2

Работа устройства с шага k до шага ничем не отличаетс  от работы в шаге 3 за исключением содержимого выходов блока 7 сдвигающих регистров, которые приведены в табл.2. После выполнени  шага +2 блоки коррелометра приход т в такое же состо ние, какое было перед i-м циклом. С приходом следующей i+1 пары ординат все действи  по тактам от 1 до 2 повтор ютс .

1-1 о

.

-f-l в о

S ;iY-j

Процесс вычислени  ординат коррел ционных функций закончитс  после обработки N-й пары ординат, где N  вл етс  предельной заданной величиной дл  параметра i.

Процесс вычислени  математического ожидани  начинаетс  с операции сложени , производимого в первом шаге.

После L-кратного выполнени  операции суммировани , где L - величина участка псевдЪстационарности, произ712 с  числоJjjf c генератора 8 случайных чисел и производитс  операци  вычи тани  , где 0 оа . ол 1 ,,fef..bfj Анализируетс  наличие переносов с сумматоров 3 первого и второго каналов преобразовани  в блоке 9 веро тностного умножени . Операци  сравнени  чисел Х и у со случайными числами t)и а J замен етс  вычитанием чисел Х--Ь и v,--0. При одновременном по влении сигналов переноса, свидетельствующих, что производитс  увеличение на единицу содержимого  чейки с адресом О блока 10 пам ти,  вл ющейс  активизируемой в этом такте. Распределение  чеек пам ти и их конкретное содержимое указаны в табл.2. Т а б л и ц а 2 водитс  запись содержимого накапливающего регистра 4 первого или второго каналов (в зависимости от того какое математическое ожидание вычисл етс ) через сумматор.3 на второй или третий входы блока 10 пам ти. Далее Мен етс  адрес пам ти (счетчик 10 шагов)и вновь выполн етс  действи суммировани . Результат вновь записы ваетс  в пам ть. Режим заканчиваетс  после занесени  результата суммировани  в блок 10 пам ти. Деление итоговых сумм на L производитс  посредством съема соответствующих разр дов с выходов блока tO пам ти. В режиме генерации случайных чисел обеспечиваетс  передача случайны чисел в блок 10 пам ти и оттуда в ЭВМ. Число из генератора 8 проходи транзитом через сумматор 3 каналов 1 или 2 и записываетс  по второму или третьему входу блока 10 пам ти. После заполнени   чеек блока пам ти .производитс  обмен информацией с ЭВМ Таким образом, применение предла гаемого устройства позвол ет расширить функциональные возможности по сравнению с известным без увелич ни  оборудовани . Формула изобретени  . . Веро тностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел сумматор, первый вход которого  вл  с  первым входом коррелометра, второй подключен к выходу блока сдвигающих регистров, третий - к выходу регистра математического ожи дани , четвертый - к выходу накапли вающего регистра, вход которого сое динен с выходом суммы сумматора, а выход подключен к первому входу регистра математического ожидани , второй вход которого  вл етс  вторым Iвходом коррелометра, выход переноса и выход разности сумматора соединен соответственно с первой группой вхо 1дое блока веро тностного умножени  и с первым входом блока элементов И выход которого подключен к первому входу блока сдвигающих регистров, выход блока веро тностного умножени  соединен с первым входом блока пам ти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возмо5кностей за счет обработки нестационарных по математическому ожиданию процессов, в коррелометр введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований , второй регистр математического ожидани , второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого  вл етс  третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвертый , п тый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам второго регистра математического ожидани , второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к первому выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подключен к п тому входу первого сумматора , шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока пам ти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разр да счетчика кратности стохастических преобразований , вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации , а разр дные выходы подключены к второй группе входов блока веро тностного умножени , треть  группа входов которого соединена с выходом переноса второго сумматора, выход разности которого подключен к входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидани , второй вход которого  вл етс  четвертым входом коррелометра , второй вход счетчика шагов подключен к второму выходу блока синхронизации, третий вход которого объединен с входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разр да счетчика шагов, третий и четвертый входы блока пам ти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора и к первому выходу второго сумматора. Источники информации, поин тые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР h 52tl8i, кл. С Об F 15/3, 1975. . 2.Автсч ское свидетельство СССР по за вке tf 253 281/18-2, кл. С 66f 15/3, 1978.

Фи2.2 С5а. л. Г г /J

Claims (1)

1. Формула’ изобретения _ Вероятностный коррелометр, содержащий генератор случайных чисел, сумматор, первый вход которого являет ся первым входом коррелометра, второй подключен к выходу блока сдвигающих регистров, третий - к выходу регистра математического ожидания, четвертый - к выходу накапливающего регистра, вход которого соединен с выходом суммы сумматора, а выход подключен к первому входу регистра математического ожидания, второй вход которого является вторым Iвходом коррелометра, выход переноса и выход разности сумматора соединены соответственно с первой группой вхо;дов блока вероятностного умножения и с первым входом блока элементов И, выход которого подключен к первому входу блока сдвигающих регистров, выход блока вероятностного умножения соединен с первым входом блока памяти, блок синхронизации, первый вход которого соединен с выходом счетчика циклов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обработки нестационарных по математическому ожиданию процессов, в коррелометр введены регистр, счетчик шагов, счетчик кратности стохастических преобразований, второй регистр математического ожидания, второй накапливающий регистр и второй сумматор, первый вход которого является третьим входом коррелометра, второй подключен к выходу регистра, вход которого соединен с выходом суммы второго сумматора, третий, четвертый, пятый и шестой входы которого подключены соответственно к выходам второго регистра математического ожидания, второго накапливающего регистра, счетчика шагов и к первому выходу генератора случайных чисел, второй выход которого подключен к пятому входу первого сумматора, шестой вход которого подключен к выходу счетчика шагов, вторые входы блока элементов И, блока сдвигающих регистров и второй вход блока памяти объединены и подключены к выходу счетчика шагов, вход которого объединен с первым входом блока синхронизации и подключен к выходу старшего разряда счетчика кратности стохастических преобразований, вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, а разрядные выходы подключены к второй группе входов блока вероятностного умножения, третья группа входов которого соединена с выходом переноса второго сумматора, выход разности которого подключен к входу второго накапливающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго регистра математического ожидания, второй вход которого является четвертым входом коррелометра, второй вход счетчика шагов подключен к второму выходу блока синхронизации, третий вход которого объединен с входом счетчика циклов и соединен с выходом старшего разряда счетчика шагов, третий и четвертый входы блока памяти подключены соответственно к третьему выходу первого сумматора й к первому выходу второго сумматора.