ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ КООРДИНАТЫ
PROBABILITY CALCULATOR OF COORDINATE

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к области сопровождения цели на траектории в обзорных радиолокационных станциях.
Известны устройства аналогичного назначения, построенные на основе специализированных арифметико-логических устройствах, которые состоят из умножителей и сумматоров [Сатыга О.Г. Основы построения систем управления стрельбой корабельных артиллерийских комплексов и систем стабилизации корабельного вооружения. Академия военно-морских сил им. П.С. Нахимова. Севастополь. 2009. - С. 74-78]. Основными их недостатками являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка устройства для вычисления координаты, обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.
Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация рассматриваемого прототипа.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является уменьшение аппаратного объема вероятностного вычислителя координат при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем замены в прототипе аналоговых усилителей на блоки вероятностного умножения, а цифрового комбинационного сумматора на вероятностный сумматор.
Сущность изобретения поясняется чертежом Фиг., на котором изображена функциональная схема вероятностного вычислителя координаты, где:
1
2
3
1.1, 1.2, 1.3 - регистры хранения значений измеренных координат X, Х и Х;
2.1, 2.2, 2.3 - регистры хранения значений поправочных коэффициентов  соответственно;
3.1, 3.2, 3.3 - двухвходовые конъюнкторы, выполняющие функцию арифметических умножителей вероятностно представленных операндов;
4 - вероятностный сумматор в роли которого может выступать схема [Пат. 171033 Российская Федерация, МПК G06F 19/00 Параллельный вероятностный сумматор / Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е.; заявитель ЧВВМУ им. П.С. Нахимова. - №2017100704; заявл. 10.01.2017; опубл. 17.05.2017, бюл. №14.].
i
Устройство рассчитано на вычисление координаты X в i-ом наблюдении используя метод наименьших квадратов (МНК).
Расчет координаты цели по МНК при линейной гипотезе движения цели обозначим  и определим по формуле:
где:
Функция (2) является весовой функцией оценки параметров, которые при решении задачи оценки параметров по методу МНК определяются заранее и вводятся в специально отведенные для них регистры.
При n=3:
Вероятностный вычислитель координаты функционирует следующим образом - до начала работы на входы схемы подаются значения поправочных коэффициентов и значения трех последних измеренных через равный промежуток времени - Т, соответствующий времени поворота антенны, представленные в виде вероятностных отображений.,
В наиболее простом случае вероятностного преобразования, значение параметра преобразуемой величины либо всегда положительно, либо всегда отрицательно, а сам процесс преобразования выполняется в соответствии с правилом
i
где x - i-e значение параметра преобразуемого сигнала X(t);
ij
R(t) - j-е значение параметра вспомогательного случайного сигнала R(t), изменяющегося в интервале изменения X(t);
- число циклов преобразования сигнала X(t);
i
i
i+l
i
- количество статистических испытаний каждого значения х внутри временного интервала Δt=t-t;
ij
i
i
i1
i2
ij
iK
y - значение вероятностного отображения параметра сигнала x из ряда Y(t) = {y; y; … y; … y}.
Вероятностное отображение обладает свойствами синхронности (тактируемости) и независимости каждого члена отображения от любого другого.
i
i+l
i
j
j
Первое свойство заключается в том, что формирование членов вероятностного отображения производится через постоянный интервал времени Δt=t-t, определяемый частотой ƒ=1/Δt выполнения правила (4).
ij
ij
j
Свойство независимости каждого члена вероятностного отображения y от любого другого следует из того факта, что получение вероятностного отображения соответствует схеме испытаний Бернулли. Для случайной последовательности, полученной в соответствии с данной схемой, автокорреляционная функция представляет собой δ-функцию при τ=0. Для доказательства этого следует показать, что повторные испытания в соответствии с (4) также являются независимыми. Значения вспомогательной случайной функции R(t) формируются в дискретные моменты времени. В любой момент времени функция может находиться только в одном из своих состояний r с вероятностью P(t). Очевидно, что для любого t
j
ij
и при заданных вероятностях P(t) распределение r может быть задано плотностью вероятности:
где
ij
есть распределение фиксированной величины r, определяемое функцией Дирака.
Использование этих свойств и применение вероятностно представленных дискретных сигналов позволяет упростить функциональные узлы для выполнения арифметических и логических операций, в частности, сложения, вычитания, умножения, возведения в целую степень, деления, компарации и т.д. и, тем самым, резко уменьшить их аппаратурный объем.
С учетом исходного правила преобразования, вероятности появления «1» и «0» в вероятностном отображении равняются:
ij
ij
i
P(y=1)=P[R(t)〈x],
ij
ij
i
P(y=0)=1-P[R(t)〈x].
ij
Математическое ожидание от вероятностного отображения определяется через ряд распределения для дискретной случайной величины y
Тогда
i
Таким образом, вероятность появления «1» в вероятностном отображении есть математическое ожидание от отображения и численно равняется значению интегрального закона распределения вспомогательного сигнала R(t) при уровне сравнения x.
Особый интерес представляет случай, когда вспомогательный случайный сигнал R(t) подчиняется равномерному закону распределения в соответствии с
Для него последнее выражение для МО перепишется в виде:
i
ij
i
M[Y(t)]=P(y=1)=x,
т.е. имеем случай линейного вероятностного преобразования.
Таким образом, количество единиц в вероятностном отображении соответствует весу значения преобразуемого в вероятностную форму, что в свою очередь позволяет выполнять операцию умножения вероятностно представленного операнда на операнд представленный в двоичных позиционных кодах. Примером преобразователя информации в вероятностные отображения может служить схема - Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение / Д.В. Моисеев, Н.Е. Сапожников; заявитель и патентообладатель ФГБВОУ ВО ЧВВМУ им. П.С. Нахимова Министерства обороны Российской Федерации (RU). - №2017100609, заявл. 10.01.2017; опубл. 10.07.2018 Бюл. №18
Значения с входов схемы записываются в регистры сдвига: измеренные значения координат в регистры (1.1), (1.2) и (1.3), а поправочные коэффициенты в регистры (2.1), (2.2) и (2.3) соответственно.
i
i
После выполнения записи поправочных коэффициентов и значений измеренных координат, представленных в виде вероятностных отображений в соответствующие регистры сдвига начинается работа схемы вероятностного вычислителя координаты: значения измеренных координат X и соответствующим им поправочным коэффициентам M поступают на входы конъюнкторов (3.1), (3.2) и (3.3) соответственно.
Для вычисления произведения двух величин, представленных в виде вероятностных отражений, следует воспользоваться соотношением:
откуда следует, что для вычисления произведения двух вероятностно представленных сомножителей необходим один двухвходовой конъюнктор.
1
1
2
2
3
3
Результаты произведения Х на М, Х на М и Х на М поступают на схему параллельного вероятностного сумматора (4).
Для нахождения суммы вероятностно представленных сигналов воспользуемся соотношением:
Выход сумматора (4) является выходом всей схемы.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого вероятностного вычислителя координаты состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.