SU955087A1 - Адаптивный веро тностный спектрокоррел тор - Google Patents

Description

(St) АДАПТИВНЫЙ ВЕРОЯТНОСТНЫЙ СПЕКТРОКОРРЕЛЯТОР

1

Изобретение относитс  к вычислительной технике и предназначено дл  статистической обработки информации в реальном времени, используемой дл  решени  большого класса научно-технических задач.

Известен веро тностный спектрокоррел тор , используемый дл  вычислени  статистических характеристик } .

Основным недостатком этого устрой- ,р ства  вл ютс  значительные затраты времени, возникающие вследствие последовательности процесса вычислени  статистических характеристик:вначале коррел ционной функции, а затем - )5 спектральной плотности мощности на основе Фурье - преобразовани  коррел ционной функции,, при вычислении которой необходимо многократно веро тностно кодировать как значени  20 коррел ционной функции, так и значени  косинуса. При этом дл  достижени  удовлетворительной точности вычислени  спектральной плотности мощности требуетс  кратность кодировани , в сотни раз превышающа  кратность кодировани  при вычислении коррел ционной функции. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  известный веро тностный спёктрокоррелометр , реализующий вычисление текущего спектра мощности в реальном масштабе времени.

Этот веро тностный спектрокоррелометр содержит блок .центрировани , первый вход которого  вл етс  входом спектрокоррелометра, а выход подключен к первому входу первого блока элементов М, выход которого соединен с первым входом блока веро тностного округлени , выход которого сое динен с входом динамического регистра , охваченного обратной св зью, выход которого подключен к первому входу регистра числа, первый выход которого соединен с первым входом первого блока сравнени ,

которого подключен к первому входу блока веро тностного умножени , второй вход которого подключен к выходу второго блока сравнени , а выход соединён с информационным входом блока пам ти, первый выход которого подключен к второму входу блока центрировани , второй через блок оп ределени  коэффициента масштаба соединен с вторым входом первого блока элементов И, второй вход блока веро тностного округлени , второй вход , первого и первый вход второго блоков сравнени  соединены соответственно с первым, вторым и третьим, выходами генератЬра случайных чисел, второй вход второго блока сравнени  подключен к выходу блока веро тностного округлени , управл ющие входы первого блока элементов И динамического регистра , блока пам ти и регистра числа соединены соответственно с первыми четырьм  выходами блока управлени  , первый и второй входы второго блока элементов И подключены к выходу генератора гармонических функций и к второму выходу регистра числа , а управл ющий вход блока элементов И соединен с п тым выходом блока управлени , выход второго блоке элементов И подключен к третьему лвходу второго блока сравнени , третий выход блока пам ти соединен с вторым входом регистра числа ,Недостатком известного веро тност ного спектрокоррёлометра, как впрочем и всех веро тностных устройств аналогичного назначени , реализующих двухсимвольный веро тностный метод преобразовани  информации,  вл етс  наличие квадратичёской зависимости между временем-и точностью вычислений. Погрешность вычислений в этом случае измен етс  по закону 1/4N эе. где N - длина выборки , анализируемого СП,:Э€. - кратность Iверо тностного преобразовани , -информации , непосредственно определ юща  врем  вычислений..

 вл етс  сколько-нибудь ограничивающим фактором при достаточно длинных выборках случайных процессов (например, при N 10000), так как в этом случае вычислительна  погрешность значительно меньше CTaTijjстической погрешности вычисл емой оценки статистической характеристики в р де случаев возникает необходимость s проведении оперативного -анализа быстротекущих процессов ., например в биологии клетки, где получить большие значенй|  N не удаетс  вследствие малого времени существо- ,

вани  самого процесса. В подобных ситуаци х дл  получени  удовлетворительных значений вычислительной погрешности определени  статистических характеристик приходитс  увеличивать величину до требуемых значений , что нежелательно, так как увеличение 6 в К раз соответствует К кратному уменьшению быстродействи  веро тностного спектрокорреЛ тора.

5 Дл  повышени  точности вычислени статистических характеристик можно использовать метод многосимвольного (трех- и более символьного) веро т . ностного кодировани  исходной информации. При этом точность вычислений по .сравнению с двухсим ольным веро тностным кодированием, реали-зованным в прототипе, увеличиваетс  не менее, чем B-iJK -k+f /2. раз, где К - количество выбираемых символов при кодировании ( К ...). Вместе с тем ре ализаци  К-символьного кодировани  входной информации сопр жена со значительными затратами оборудовани  по Сравнению с двухсимвольным кодированием , так как разр дность выходной пам ти г в этом случае определ етс  величиной Q, lognN+K-1, в то врем  как при двухсимвольном кодировании разр дность определ етс  величиной Q, 1og2N, Поэтому перспективным направлением в развитии веро тностных измерительных устройств  вл етс  реализаци  адаптивной процедуры вычислени  статистических характеристик , при которой дл  выборки объе- мом N из диапазона . Nfpgy, где Nf,- максимальный объем выборки , на которую рассчитано проектируемое устройство, реализуетс  двухсимвольное кодирование, дл  выборки объемом N, реализуетс  трехсмивольное кодирование () итак далее до выполнени  равенства , где п - разр дность входной информации устройства. (Дл  наиболее распространенного случа , когда , максимальное значение К). При этом величины , ,2,3..., со .ответствующие выбранному К - символьному кодированию, выбираютс  таким образом, чтобы разр дность выходной пам ти устройства соответствовала разр дности, необходимой при реализации .двухсимвольного кодировани , при максимальном объеме выборки N,oi т.е. выполн етс  равенство logjNj,g 1оф. , Таким образом без дополнительных затрат оборудовани  достигаетс  повьииение точности вычислени  статистических характеристик при выборках N при сохранении быстродействи . Цель изобретени  - повышение точности при работе с малыми выборками Поставленна  цель достигаетс  тем, что в веро тностный спектрокоррел тор , содержащий блок центрировани  , вход которого  вл етс  первым входом спектрокоррел тора, второй вход соединен с первым выходом блока пам ти, а выход подключен к первому входу первого блока элементов И, выход которого соединен с первым вхо- дом блока веро тностного округлени  выход которого соединен первым входом первого блока сравнени  и с входом кольцевого динамического регистра , охваченного обратной св зью, выход которого подключен к первому вхо ду регистра числа, первый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнени , выход которого подключен к первому входу блока веро тностного умножени , второй ;вход которого подключен к выходу пер JBoro блока сравнени , выход блока ве 15ОЯТНОСТНОГО умножени  соединен с информационным входом блока пам ти, второй выход блока пам ти через блок масштабировани  соединен с вторым входом первого блока элементов И, вт рой вход блока веро тностного округлени  соединен с первым выходом генератора случайных чисел, управл ющие входы первого блока элементов И, динамического регистра, регистра числа соединены соответственно с первыми трем  выходами блока управлени , управл ющие входы блока пам ти и первый вход второго блока эле ментов И соединены с четвёртым выходом блока управлени , второй вход второго блока элементов И соединен с вторым выходом регистра числа, тре тий вход второго блока элементов И соединен с выходом генератора гармо нических функций, выхЬд второго блока элементов И соединен с первым вхо дом первого блока сравнени ; введены два блока анализа вида кодировани , первый вход первого блока анализа соединен со вторым выходом ге7 нератора случайных чисел, второй вход первого блока анализа соединен с первым выходом регистра числа, третий вход первого и первый вход второго блока анализа соединены с вторым входом спектрокоррел тора, первый выход первого блока анализа соединен с вторым входом второго блока сравнени , второй выход первого блока анализа вида кодировани  соединен с третьим входом блока веро тностного умножени , второй вход второго блока анализа вида кодировани  соединен с третьим выходом генератора случайных чисел, третий вход второго блока анализа соединен с выходом второго блока элементов И, первый выход второго блока анализа соединен с третьим входом первого блока сравнени , второй выход второго блока анализа соединен с четвертым входом блока ве|эо тностного умножени . Блок анализа вида коди|1)овани  додержит преобразователь двоичного Кбда в унитарный код, три группы элементов И по четыре элемента И в каждой и две группы элементов ИЛИ, в первой из которых три, а во второй четыре элемента ИЛИ, первые входы элементов И второй группы  вл ютс  первым входом блока анализа, первые входы элементов И первой группы объединены попарно с первыми входами соответствующих элементов И третьей группы и  вл ютс  вторым входом блока анализа, третьим входом которого  вл етс  вход преобразовател  двоичного кода в унитарный код, первые и вторые входы элементов ИЛИ первой группы соответственно объединены и соединены соответственно с первым и вторым выходами преобразовател  двоичного кода в унитарный код, третьи входы второго и третьего элементов ИЛИ первой группы объединены и подключены к третьему выходу-преобразовател  двоичного кода в унитарный код, четвертый выход которого подключен к четвертому входу т(етьего элемента ИЛИ первой группы, инверсные вторые входы соответствующих элементов И первой и третьей групп объединены с вторыми входами соответствующих элементов И второй группы и подключены соответственно к первому . входу преобразовател  двоичного кода в унитарный код, к выходам первого, второго и третьего элементов ИЛИ первой группы, выходы элементов И третьей и второй группы подключены соответственно к первому и второму: входам соответствующих элементов ИЛИ второй группы, выходы которых  вл ют с  первым выходом блока анализа, вто рым выходом которого  вл ютс  выходы соответствующих элементов И первой группы. На фиг. 1 представлена блок-схема адаптивного веро тностного спектрокоррел тора; на фиг. 2 - функционалы на  принципиальна  схема анализатора кода. Адаптивный веро тностный спектрокоррел тор содержит блок 1 центрировани , блок 2 элементов И, блок 3 веро тностного округлени , динамичес кий (сдвигающий) peгиctp 4, регистр 5 числа, блок б управлени , блоки 7 и 8 сравнени , блок 9 веро тностного умножени , блок 10 пам ти, блок 11 масштабировани , генератор 12 слу чайных чисел, генератор 13 гармонических функций, блок Ц элементов И, первый блок 15 анализа вида кодировани , второй блок 16 анализа вида кодировани . Работу адаптивного веро тностного спектрокоррел тора рассмотрим на примере вычислени  ординат а токоррел ционной фу 1кции. Перед началом работы ло команде Начальна  установка происходит установка всех блоков устройства в исходное состо ние и заноситс  код числа ординат. По этому коду N чис1 ла ординат определ етс  в устройстве вид кодировани  дл  достижени  заданной точности ё: . При rriax спектрокоррел торе при вычислении коррел ционной функции и периодограмм текущего спектра реализуетс  двухсимвольный веро тностный метод кодировани  информации. . Цикл вычислени  промежуточных ито гов при приеме ординаты будет заключатьс  в следующем: ордината случай ,ного процесса х со входа устройства 1 в виде дискретного т-разр дного кода поступает через блок 1 центрировани  и первый блок 2 элементов И на вход блока k динамических сдвигающих регистров и через вто рой блок 4 элементов И на вход блока 8 сравнени  с выхода блока k дина мических сдвигающих регистров центрированные ординаты случайного процесса в следующем пор дке х; „ ; о о о от X.( , ..x: , х , где х - центрированна  величина i-ой ординаты случайного процесса; q - число вычисл емых ординат коррел ционной и спектральной функций , и одновременно число запоминаемых ординат в блоке k динамических регистров по управл ющим сигналам из блока 6 управлени  поступают последовательно на регистр 5 числа. После записи каждой центрированной ординаты организуетс  сравнение содержимого регистра 5 на блоке 7 сравнени  и содержимого блока 1 центрировани  на блоке 8 сравнени  с содержимым или частью содержимого генератора 12. Результаты сравнени  с блоков 7 и 8 сравнени , а также старшие разр ды с регистра 5 через блок 15 анализа и с блока 14 элементов И через блок 16 анализа поступают на блок 9 умножени . В зависимости от того, в каком коде работает адаптивный спектрокоррел тор и в зависимости от резуль-татов кодировани , содержимое соответствующей  чейки блока пам ти,  вл ющейс  промежуточным значением величины орд1г1наты коррел ционной функции , i:(x f;tx-X.....p.Адрес блока 10 пам ти мен етс  синхронно со сдвигом блока 4 динамического регистра по управл ющим сигналам из бло ,ка 6 управлени . Изменение адреса блока 10 пам ти и сдвиг в блоке динамических сдвигающих регистров производитс  q раз. Процесс вычислени  коррел ционной функции закончитс  после исчерпани  требуемого числа ординат. В случае, если заданное число ординат процесса М., Nniax/4. то производитс  трехсймволъное кодирование . Работа в этом .случае отличаетс  лишь тем, что блок 9 веро тностного умножени  настроен посредством блоков 15 и 16 анализа кодом числа ординат как блок трехсимвольного умножени  (см. табл.2). При N/f6 производитс  четырехсимвольное кодирование (см.табл.з). Работа блоков 15 и 16 (они одинаковы анализа вида кодировани  будет пон та при рассмотрении принципиальной схемы (фиг.2), Основные функциональные узлы блока анализа вида кодировани  имеют следующие обозначени : преобразователь 17 ДВОИЧНОГО кода в позиционный уни тарный код (элемент К155 ИД ) элементы ИЛИ 18-20 первой группы, элементы И 21-32, элементы ИЛИ ЗЗЗб второй группы 33-36. Работа блока будет  сна при рассмотрении одного из случаев кодировани .. Пусть в устройстве использу етс  трехсимвольный код. Тогда расшифрованный вид кодировани  на преобразователе 17 возбудит соответствующий выход. Будет подан высокий по тенциал через элементы 18-20 на вторые входы элементов 29-32, и высокий потенциал на инверсные вторые входы элементов 22,23,2,26,27,28, который закроет их. При поступлении четырех старших разр дов числа в блок 9 (дл  блока 15 анализа вида кодировани  это информаци  из регистра 5, дл  блока 16 анализа вида кодировани  это информаци  из блока 1) поступит один старший разр д с элемента 21, в блок 7(8 сравнени  поступ т разр ды , идущие из блока 12 через элементы 2б ,3 ,27 ,35 ,28 36, и первый разр д числа через .элементы 23,33. При разных видах кодировани  на блок 9 умножени  подаетс  разное количество старших разр дов перемножаемых чисел. При двухсимвольном не подаетс  ни один разр д (N N ;. При трехсимвольном - подаютс  по одному старшему разр ду чисел из регистра 5 и блока 14. При четырехсимвольном кодировании - по два стар ших разр да чисел. Соответственно с подачей старшего разр да перемножаемых :чисел на вторые входы блоков сравнений подаетс  п-К разр дов содержимого генератора 12, где К - число некодируемых разр дов перемножаемых чисел, an- разр дность чисел в генераторе 12 и разр дность обрабатываемых чисел. Старшие разр ды чисел из генератора замен ютс  старшими, некодиг руемыми разр дами перемножаемых чисел дл  того, чтобы обеспечить неизменность работы блоков 7 и 8 сравнени  при разных видах кодировани . Следует отметить, что наиболее проста  техническа  реализаци  блока 9 веро тностного умножени  - это матрица посто нного запоминающего устройства, где разные виды кодировани   вл ютс  подмножествами многоТаблица мгновенных X и Y, представленных значений веро тности при перемножении двух чисел многосимвольным (четырехсимвольным) кодами Таблица 3

13

955087

ii Продолжение табл.3,

17

1

Claims (2)

1. таблицы Строка таблицы С уменьшением выборки N соответственно увеличиваетс  величина К определ юща  количество символов в К-символьном кодировании входной ин формации. Этот процесс проистекает по закону; К - символьное кодирование информации используетс  при-П заканчиваетс  при К 4/2 , где п - разр дность входных чисел, Т.е. при N Вычисление ординат текущего спект ра производитс  аналогично описанному в практике с учетом способов кодировани , описанных выше при рассмотрении размена коррел ции. , Отсюда следует, что применение предлагаемого спектрокоррел тора ПОЗВОЛИТ увеличить точность при малых выборках вследствие многосимвол ного (до ti/2 символьного ) кодировани  при Мб NfpQj. Использование адап тивности вида кодировани  от величины выборки N позволит не увеличивать объем блока пам ти на - бит информации или на величину оборудовани q К/2, где Е - количество слоев в пр мен емых элементах пам ти, m - разр дность примен емых элементов пам ти . Формула изобретени  1. Адаптивный веро тностный спект рокоррел тор, содержащий блок центрировани , первый вход которого  вл етс  первым входом спектрокоррел тора , а второй вход с первым выходом блока пам ти, а выход подключен к первому входу первого блока элементов И, выход которого соединенс первым входом блока веро тностного округлени , выход кото955087

   18

   Продолжение табл. k

   I Строка таблицы рого соединен с первым вхрдом первого блока сравнени  и с входом кольцевого динамического регистра, выход которого подключен к первому входу регистра числа, первый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнени , выход которого подключен к первому входу блока веро тностного умножени , второй вход которого подключен к выходу первого блока сравнени , выход блока веро тностного умножени  соединен с информационным входом блока пам ти, а второй выход блока пам ти через блок масштабировани  соединен с вторым входом первого блока элементов И, второй вход блока веро тностного округлени , соединен с первым выходом генератора случайных чисел, управл ющие входы первого блока элементов И, динамического регистра, регистра числа соединены совтветственно с первыми трем  выходами блока управлсзни , управл ющие входы блока пам ти и первйй вход второго блока элементов И соединены с четвертым выходом блока управлени , второй вход второго блока элементов И соединен с вторым выходом регистра числа, третий вход второго блока элементов И соединен с выходом генератора гармонических функций, выход второго блока элементов И соедине н с первым входом рер вого блока сравнени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при работе с малыми выборками, в адаптивный веро тностный спектрокоррел тор введены два блока анализа вида кодировани , первый вход первого блока анализа соединен с вторым выходом генератора случайных чисел, второй вход первого блока анализа соединен с пер вым выходом регистра числа, третий вход первого и первый вход второго блока анализа соединены с вторым входом спектрокоррел тора, первый выход первого блока анализа соединен с вторым входом второго блока сравнени , второй выход первого блока анализа соединен с третьим входом блока веро тностного умножени , второй вход второго блока анализа соединен с третьим выходом генератора случайных чисел, третий вход второго блока анализа соединен с выходом второго блока элементов И, первый выход второго бло а анализа соединен с третьим входом первого блока сравнени , второй выход второго блока анализа соединен с четвертым входом бло ка веро тностного умножени , 2, Устройство по П.1, о т ли чающеес  тем, что блок анализа ,вида кодировани  содержит пре .-образователь двоичного кода в унитар ный код, три группы элементов И по четыре элемента в каждой группе и две группы элементов ИЛИ, в Первой из которых три, а во второй четыре элемента ИЛИ, первые входы элементов И второй группы  вл ютс  первым входом блока анализа, первые входы эл ментов И первой группы объеди91ены попарно с перейми входами соответствующих элементов И третвей группы и  вл ютс  вторым входом блока анализа третьим входом которого  вл етс  вход преобразовател  двоичного кода 95 20 в унитарный код, первые и вторые входы элементов ИЛИ первой группы соответственно объединены и соединены соответственно с первым и вторым выходами преобразовател  двоичного кода в унитарный код, третьи входы второго и третьего элементов ИЛИ первой группы объединены и подключены к третьему выходу преобразовател  двоичного кода в унитарный код, четвертый выход которого подключен к четвертому входу третьего элемента ИЛИ первой группы, инверсные вторые входы соответствующих элементов И первой и третьей групп объединены с вторыми входами соответствующих элементов И второй группы и подключены соответственно к первому входу преобразовател  двоичного кода в унитарный код, к выходам первого, второго и третьего элементов ИЛИ первой груп-; пы, выходы элементов И, третьей и второй групп подключены соответственно к первому и второму входам соответствующих элементов ИЛИ вторюй группы, выходы которых ЯВЛЯЮТСЯ первым выходом блока анализа, вторым выходом которого  вл ютс  выходы соответствующих элементов И первой груп Ис точники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.ABtopCKoe свидетельство СССР № 32509, wi. 6 Об F IS/S, 197.
2. 2.Авторское свидет§льство СССР Г 636618, кл. G Об F 15/3, 1977.