ОПТИЧЕСКИЙ ФАЗЗИФИКАТОР
OPTICAL PHASIFICATION APPARATUS

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.
Известны фаззификаторы, построенные на основе микропроцессоров и содержащие мультиплексоры, оперативную память, устройство ввода-вывода [Мелихов А.Н. Проектирование микропроцессорных средств обработки нечеткой информации. /А.Н.Мелихов, В.Д.Баронец. - Ростов-н/Д: Издательство Ростовского университета, 1990. - 128 с.].
Недостатками вышеописанных фаззификаторов являются высокая сложность и низкое быстродействие.
Известен оптический фаззификатор, принятый за прототип, содержащий источник света, оптический канал передачи, электрооптический дефлектор, блок фотоприемников [Городецкий А.Е. Нечеткие технологии управления в оптоэлектронных системах. / Городецкий, А.Е., Ерофеев А.А., Жуйков А.Ю. // Тез. докл. «Междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям». - СПб., 2000 г., рис.3, рис.4].
Недостатками данного оптического фаззификатора являются низкое быстродействие за счет использования электрооптического дефлектора, а также невозможность совместной реализации произведения произвольных функций принадлежности и операции определения их максимума.
5
6
Задачей изобретения является создание оптического фаззификатора, позволяющего повысить вычислительную производительность процесса фаззификации до 10-10 операций в секунду при одновременной возможности совместной реализации произведения произвольных функций принадлежности и операции определения их максимума.
Техническим результатом является повышение быстродействия и возможность совместной реализации произведения произвольных функций принадлежности и операции определения их максимума.
Оптический фаззификатор - устройство, предназначенное для вычисления в режиме реального времени значения функции:
i
где α(x) - функция принадлежности, описывающая нечеткое множество или нечеткую лингвистическую переменную,
i
x - конкретное числовое значение терма, определенного на базовой шкале Х
1
2
n
i
(x, x, …, x, где n - определенное число значений терма, x∈X),
i
i
β(x) - закон распределения значения x.
Сущность изобретения состоит в том, что оптический фаззификатор содержит источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, первый оптический n-выходной разветвитель, первый линейный оптический транспарант, второй линейный оптический транспарант, оптический фазовый модулятор, группу оптических Y-объединителей, второй оптический n-выходной разветвитель, селектор минимального сигнала, блок извлечения квадратного корня, блок вычитания, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя, а второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу оптического фазового модулятора, выходы первого оптического n-выходного разветвителя подключены к соответствующим входам первого линейного оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим входам второго линейного оптического транспаранта, выходы которого подключены ко вторым входам соответствующих оптических Y-объединителей, а выход оптического фазового модулятора подключен ко входу второго оптического n-выходного разветвителя, выходы которого подключены к первым входам соответствующих оптических Y-объединителей, а выход каждого оптического Y-объединителя подключен к соответствующему входу селектора минимального сигнала, выход которого подключен ко входу блока извлечения квадратного корня, выход которого подключен ко входу блока вычитания, выход которого является выходом оптического фаззификатора.
Функциональная схема оптического фаззификатора показана на чертеже.
Оптический фаззификатор содержит:
- 1 - источник когерентного излучения (ИКИ) с интенсивностью 2n усл(овных) ед(иниц);
- 2 - оптический Y-разветвитель;
- 3 - первый оптический n-выходной разветвитель;
1
i
i
- 4 - первый линейный оптический транспарант T1 c функцией пропускания, пропорциональной функции принадлежности α(х) (каждый пиксел оптического транспаранта имеет функцию пропускания, пропорциональную значению функции принадлежности α(x) при конкретном значении x);
2
i
i
- 4 - второй линейный оптический транспарант Т2 с функцией пропускания, пропорциональной закону распределения β(х) значений х (каждый пиксел оптического транспаранта имеет функцию пропускания, пропорциональную значению функции (β(x) при конкретном значении x);
- 5 - оптический фазовый модулятор (ОФМ), обеспечивающий постоянный сдвиг фазы оптического потока на π;
- 6 - второй оптический n-выходной разветвитель;
1
2
3
n
- 7, 7, 7, …, 7 - n оптических Y-объединителей;
- 8 - селектор минимального сигнала (CMC), который может быть выполнен, например, в виде CMC, описанного в [А.с. №1223259, СССР, 1986. Селектор минимального сигнала. / Соколов С.В. и др.];
- 9 - блок извлечения квадратного корня (БИК), который может быть выполнен, например, в виде блока, описанного в [Бобровников Л.З. Электроника. Учебник для вузов. 5-е изд. / Л.З.Бобровников. - СПб.: Изд-во «Питер», 2004. - 560 с. - стр.247, рисунок 3.44, д];
- 10 - блок вычитания (БВ), который может быть выполнен, например, в виде блока, описанного в [Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Пер. с франц. / Ж.Марше. - Л.: Издательство «Энергия», 1974. - 216 с. - стр.62, 63, 64, рисунки 5.10, 5.13].
1
2
1
2
3
n
1
1
2
1
2
3
n
1
2
3
1
2
3
n
1
2
3
n
Выход ИКИ 1 подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя 2, первый выход 2 которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя 3, а второй выход 2 подключен ко входу оптического фазового модулятора 5. Выходы 3, 3, 3, …, 3 первого оптического n-выходного разветвителя 3 подключены к соответствующим входам первого линейного оптического транспаранта 4. Выходы первого линейного оптического транспаранта 4 подключены к соответствующим входам второго линейного оптического транспаранта 4, выходы которого подключены ко вторым входам соответствующих оптических Y-объединителей 7, 7, 7, …, 7. Выход оптического фазового модулятора 5 подключен ко входу второго оптического n-выходного разветвителя 6. Выходы 6, 6, 6, …, 6n второго оптического n-выходного разветвителя 6 подключены к первым входам соответствующих оптических Y-объединителей 7, 7, 7, …, 7. Выход каждого оптического Y-объединителя 7, 7, 7, …, 7 подключен к соответствующему входу селектора минимального сигнала 8, выход которого подключен ко входу блока извлечения квадратного корня (БИК) 9. Выход БИК 9 подключен ко входу блока вычитания 10, выход которого является выходом устройства.
1
2
n
1
2
Работа устройства происходит следующим образом. С выхода ИКИ 1 световой поток интенсивностью 2n усл.ед. поступает на оптический Y-разветвитель 2 и, разветвляясь на два, поступает на входы первого оптического n-выходного разветвителя 3 и оптического фазового модулятора 5. С выходов 3, 3, …, 3 первого оптического n-выходного разветвителя 3 световые потоки единичной интенсивности поступают на входы первого линейного оптического транспаранта 4 с функцией пропускания, пропорциональной функции принадлежности α(х), на выходах которого формируется оптический поток с амплитудой, пропорциональной функции α(х). Данный оптический поток поступает на входы второго линейного оптического транспаранта 4 с функцией пропускания, пропорциональной закону распределения β(х), на выходах которого формируется оптический поток с амплитудой, пропорциональной функции α(х)·β(х).
1
2
n
1
2
n
Одновременно оптический поток интенсивности n усл.ед. поступает на вход оптического фазового модулятора 5, сдвигающего фазу волны поступающего светового потока на π. С выхода оптического фазового модулятора 5 оптический поток поступает на вход второго оптического n-выходного разветвителя 6, с выходов 6, 6, …, 6 которого световые потоки единичной интенсивности и сдвинутые по фазе на π поступают на первые входы оптических Y-объединителей 7, 7, …, 7.
1
2
n
2
1
2
n
i
i
2
Т.к. на вторые входы оптических Y-объединителей 7, 7, …, 7 с выходов второго линейного оптического транспаранта 4 поступают оптические потоки с амплитудами, пропорциональными произведению α(х)·β(х), то поступающие с выходов оптических Y-объединителей 7, 7, …, 7 оптические потоки, интерферируя, формируют на соответствующих i-x входах CMC 8 сигналы с интенсивностями, пропорциональными (1-α(x)·β(x)), i=1, …, n. Работа селектора минимального сигнала 8 описана в [А.с. СССР №1223259, 1986. Селектор минимального сигнала. / Соколов С.В. и др.]. С выхода CMC 8 снимается сигнал, пропорциональный
i
i
i
i
i
(Для последующего описания работы устройства следует иметь в виду, что в силу неравенства α(х)·β(х)≤1 (по определению α(х), β(х)) минимум значения функции (1-α(x)·β(x)) определен для того же значения аргумента x, что и максимум α(x)·β(x), i=1, …, n). Выходной сигнал CMC 8 поступает на вход блока извлечения квадратного корня (БИК) 9.
i
i
С выхода БИК 9 сигнал, пропорциональный минимальному (для всех i) сигналу (1-α(x)·β(x)), поступает на вход блока вычитания 10, в котором поступивший сигнал вычитается из единицы. Таким образом, на выходе блока вычитания 10 - на выходе устройства формируется искомое значение функции (1).
Быстродействие оптического фаззификатора определяется, в основном, динамическими характеристиками блоков извлечения квадратного корня и вычитания, выполняемых в традиционном варианте на основе операционных усилителей с обратной связью и имеющих частоту среза до 1 МГц. (Селектор минимального сигнала, выполненный на лавинных фотодиодах, имеет время срабатывания до 80-100 пс). Для существующих непрерывнологических систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.