Устройство для вычисления дисперсии случайного процесса Советский патент 1983 года по МПК G06F17/18 

лонной частоты, управляющий вход третьего счетчика объединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, с управляющим входом четвертого сметчика, со вторым входом ко 1утатора, со входом второго элемента задержки и подключен ко второму выходу генератора ; импульсов выборки, третьи входы первое го и третьего элементов И об-ьединены i и соединены с инверсным выходрм перво-г го триггера, выход первого реверсивиогр счетчика подключен к четвертому входу коммутатора, выход второго счетчика соединен со входом установки в единицу второго триггера, выход третьего счетчика подключен ко входу установки в единицу третьего триггера, вход устновкй а ноль которого объединен со входом установки в единицу четвертого триггера и соединен с выходом второго элемента задержки V вход установки в ноль 14етв;ерт6г6 триг гера подключен к выходу четвертого

счетчика, информационный вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которого подключены соответ ственно к выходам шестого и седьмого элементов И, второй вход седьмого элемента И объединен с первым входом элемента ЗАПРЕТ и соединен с прямым выходом третьего триггера, инверсный выход которого соединен с инверсным выходом четвертого триггера, прямой выход которого подключен к третьему ВХОДУ седьмого элемента И и ко второму входу элемента ЗАПРЕТ, выход элемента ЗАПРЕТ соединен со вторым входом восьмого элемента И, выход которого подкхяочен к счетному входу четвертого счетчика и ко второму BXOI ду первого элемента ИЛИ, выход вто1рого элемента ИЛИ через третий .элемент задержки соединен с уп- J равляюцим входом первого счетчи, .ка . :

Изобретение относится к специали-г зированным средствам вычислительной Техники и может быть применено при анализе случайных процессов. Известно устройство для вычисления дисперсии случайного процесса, ji позволящее производить оценку диспер сии.в два такта. В состав известного устройства входят счетчики выборки, счетчик среднего, счетчик делитель., Два квадратора, счетчик делимого, счетчик дисперсии, реверсивный счетчик, индикатор, входной блок Сl3. Однако устройство сложное, так как содержит два квадратора, кроме того, не обеспечивает оценку текуще ; го значения дисперсий. V. Наиболее близким к изобретению rio технической су1чности является вычислитель дисперсии случайного Проце са, содержащий пять элементов И, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен со входом дешифратора, два счетчика, счетмик выборки, выход которого подключен к первому входу управляемого делителя частоты, .мультивибратор, триггер (23. Известный вычислитель не обеспечивает требуемой точности определения дисперсии, так как оценки мате- . йатического ожидания и дисперсии производятся по различным выборкам. Цель изобретения -повышение точности определения дисперсии за счет применения алгоритма экспоненциального усреднения и за счет оценки математического ожидания и дисперсии по одним и тем же выборкам. Для достижения цели в устройство для вычисления дисперсии случайного процесса, содержащий счетчик вьборки выход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты, два счетчика, пять элементов И, первый триггер, первый реверсивный счетчик, введены преобразователь напряжениё - длительность, три элемента задержки, три триггера, шестой, седьмой и восьмой элементы И, генератор эталонной частбты, два элемента ИЛИ, третий и четвертый счетчики, второй реверсивный счетчик, коммутатор, элемент запрета и генератор импульсов вы, i борки, первый выход которогоподключен к первому входу коммутатора, к первому входу преобразователя напряжение - длительность, ко входу счет чика выборки и ко входу первого элемента задержки, выход которого соеди нен со входом установки в единицу первого триггера и со входом установки а ноль второго триггера, выходы первого и второго элементов И под кгночены соответственно ко входам сло жения и вычитания первого реверсивногр счетчика,выходы Третьего и четвертого элементов И объединены и соединены с.первым входом первого эл мента ИШ, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, информационный вход которого подключен к выходу второго счетчика, инфор мационный вход которого соединен с выходом коммутатора, первый вход которого объединен с информационньж входом третьего счетчика,с первом ахо дом второго элемента ИЛИ и подключен к выхсч у первого счетчика, счетный вход второго счетчика соединен с выходом пятого элемента И, первый вход которого объедиУ4ен с первыми вхс|дами первого Ц: третьего элементов И и под ключен к инверсному выводу второго триггера, прямой которого соединен с первыми входами второго и четвёртого элементов И, вторые аходы которых объединены и подключен к прямому выходу первого тригге| а, вход установки в ноль которого соедй ней с выходом преобразователя напряжение - длительность, вход которого является входом устройства, второй . вход первого элемента И объединен с третьим входом второго элемента И с первыми входами шестого и седьмого элементов И и подключен к выходу управляемого делителя частота, второй вход которого объединен со atoрым входом пятого элемента И, с Первым входом восьмого элемента И, с третьим .входом четвертого элемента И со вторым входом третьего элемента Ни соединен с выходом генератора эталонной частоты, управляющий вход третьего счетчика объединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, с управляющим входом четвертого счетчика, со вторым входом коммутатора, со входом второго элемента задержки и подключен ко второму выходу генератора импульсов выборки, третьи входы первого и третьего элементов И объединены и соединены с инвер ным выходом первого триггера, выход первого реверсивного счетчика по ключен к четвертому входу коммутатора, выход второго счетчика соединен со входом установки в единицу второго триггера, выход третьего счетчика подключен ко входу установки в единицу третьего триггера, вход установки в ноль которого объединен со входом установки в единицу четвертого триггера и соединен с выходом второго элемента задержки, вход установки в ноль четвертого триггера подключен к выходу четвертого счетчика, информационный вход кото1эрго соединен с выходом второго реверсивного счетчика, входы сложения и вычитания которогх) подключены соответственно к выходак шестогх и седьмого элементов И, второй вход седьмого элемента И объеди- , нен с первым входом элемента ЗАПРЕТ и соединен с прямым выхоА ж третьего триггера, инверсный выход которого соединен с инверсньт выходом четвертого триггера, прямой выход которого подключен к третьему входу седьмого элемента И к ко второму вХоду элемента ЗАПРЕТ, выход элемента ПРЕТ соединен с вторым входом восьмого элемента И, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика и ко второну входу первого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ через третий элемент задержки соединен с управляющим входом первого счетчика. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит преббразователь напряжение - длительность 1, генератор импульсов выборки 2, первый элемент задержки 3, первый триггер Л, второй триггер 5, генератор эталонной частоты 6, управляемый делитель частоты 7, счетчик числа выборки 8, первый, второй, третий и четвертый элементы И 9 И 10, И 11, И 12, первый элемент ИЛИ 13, второй элемент ИЛИ Ik, пятый элемент И 1, первый счетчик 16, второй счетчик 17 коммутатор 18, первый реверсивный счетчик 19, восьмой элемент И 20, третий счетчик 21, второй элемент задержки 22, третий триггер 23, четвертый триггер 2М, шестой и седьмой элементы И 25, И 26, четвертый счетчик 27, второй реверсивный счетчик 28. элемент ЗАПРЕТ 29, третий элемент задержки 30. Работа устройства основана на реализации алгоритмов, согласно которым 1 математическое ожидание и дисперсия случайного процесса, определяются соответствии с формулами м -vK СХу, - Му,.|1{ о и-и 4 к CDvi.v,- (Ху, - где К - весовой коэффициент; значение случайного процесса x(t) на п-ом цикле реализации;математическое ожидание, вычисленное на -1 такте; текущее значение математичес кого ожидания; дисперсия, вычисленная на И-1 такте; |ц- текущее значение дисперсии. Устройство работает следующим образом, В первом такте работы устройство вычисляет математическое ожидание Мц и модуль разности JX, - М,.|, Во втором такте вычисляется текущее значение дисперсии DH. В исходном состоянии все счетчики и триггеры k и 2 установлены в ноль, триггер 5 и 23 находятся в единичном состоянии. Элемент ЗАПРЕТ 29 формирует запрещающий потенциал, только в том случае, когда триггер 23 находится в единичном состоянии, а триггер 2 в нулевом. Во всех остальных Случаях на элемент И 20 подается разрешающий потенциал. Сигналом с первого выхода генератора выборки преобразователь Т преобразует мгновенное значение случайного процесса в длительность, одновременно этим же импульсом содержимое ревер сивного счетчика 19 в обратном коде, через коммутатор 18 передается на счетчик 17. Этот же импульс генератора 2 поступает на счетчик числа выбор ки 8, устанавливая коэффициент К. В первом цикле и через элемент задержки 3 переключает триггеры и 5 таким образом, что триггер 4 оказывается в единичном состоянии, а тригге;р 5 в нулевом состоянии. Тик как & первом цикле счетчик 19 содержит нулевой код, то при перезаписи его счетчик 17 содержит во всех разрядах единицы. Первый же импульс от генератора эталонной частоты 6, пройдя через элемент И 15(на вход И 15 от триггера 5 поступает разреша1|6щий потенциал, когда он находится в нулевом сбстоянии), вызывает перепол36нение счетчика 17. Импульс с выхода четчика 17 устанавливает в единичое состояние триггер 5. Так как триг гер k также находится в единичном со-. тоянии, то на элементы И 10 и И 12 одаются разрешающие потенциалы. Импульсы от управляемого делителя частоты проходят через элемент И 10 и начинают поступать на вход сложения реверсивного счетчика 19. Так как открыт и элемент И 12, то сигналы эталонной частоты начинают поступать через элемент ИЛИ 13 в счетчик 16. Процесс продолжается до тех пор, пока задним фронтом сигнала с преобразователя 15 триггер Ц не устанав ливается в нулевое состояние. Таким образом, в первом такте первого цикла на счетчиках 19 и 16 устанавливаются первые значения математического ожидания М(по существу значение Х). Во втором такте, по сигналу со второго выхода генератора 2, содержимое счет.чика 16 переписывается в обратном коде через коммутатор 18 на счетчик 17 и на счетчик 21, Через время, определяемое элементом задержки 30, обратный код со счетчика 17 заносится на первый счетчик 16. Этот же импульс через элемент задержки 22 устанавливает триггер 23 в нулевое состояние, а триггер 2k в единичное. Это приводит к тому, что на входы элементов И 25 и И 26 подаются запрещающие сигналы от триггеров. Одновременно элемент ЗАПРЕТ 29 формирует разрешающий потенциал для элемента И 20, С выхода элемента И 20 импульсы начинают поступать на вход счетчика 27 и через элемент ИЛИ 13 на вход счетчика 16. Так как счетчик 27 содержит единимный код (счетчик 28 в нулевом состояний , то первый же импульс вызыЁает переполнение счетчика 27 и его выходной сигнал устанавливает триггер 2k в нулевое состояние. Это приводит к открыванию элемента И 25 и на выход сложения реверсивного счетчика 28 начинают поступать импульсы с выхода управляемого делителя частоты 7. Процесс этот продолжается до тех пор, пока не возникнет сигнал переполнения на выходе счетчика 21. Этим сигналом триггер 23 устанавливается в единичное положение и элемент И 25 закрывается. Легко пока1зать,. что при одинаковой разрядности счетчиков 16, 17, 21 интервал, формируемый триггером 23, равен t;;j{ Тд МА , где Тд - период следования импульсов эталонной частоты. При каждом пе реполнении счетчика 1б,выходной сигнал через элемент ИЛИ I производит перезапись содержимого счетчика 1 в прямом коде а счетчик 16. на этом первый цикл формирования материматического ожидания и диспер сии заканчивается. Рассмотрим )1-ый цикл работы устройства. На счетчике 19 в-Л-1 цикле сформировано значение ,4i счетчике .8 - значениеDyj.,. При поступлении Н.-го импульса выборки триггеры Л и 5 меняют свое состояние на противоположное (три1- гер устанавливается в единичное j состояние, триггер 5 в нулевое), на счетчике 8 устанавпивается код. На выходе управляемого делителя формируется частота . Так как триггер 5 установился в .нулевое состояние, то на вход счетчика 17 поступаят импульсы эталонной частоты ,(на счетчике 17 записан код обратный коду счетчика 19). Возможны три случая. 8 первом слу чае Ху, В этом случае, триггер Л устанавливается в нулевое положение раньше, чем приходит сигнал переполнения с выхода счётчика 17. На элементы И. 9 и подают-разрешающие потенциалы. Импульсы с выхода элемента И 9 начинают поступать на вход вычитания реверсивжэго счетчика. На счетчике 19 формируется код в соответствии с внражен|1ем Mi, К (X ц - Д дновременно на счетчике 16 формируется , равный (х .Формирование кодов заканчивается при возникнове- НИИ сигнала переполнения счетчика 17 В случае, когда Х, ц-ь задний фронт сигнала с выхода прео 5разователя совпадает с сигналом переполнения счетчика 17 и триггеры устанавли ваются в исходное состояние. Элементы И 9, И 10, И 11 и И 12 закрнз-ы, состояние реверсивного счетчика 19 не изменяется, а в счетчике 16 записан нулевой код. 8 последнем случае, Х|.М,-у. При этом сигнал переполнения появляется раньше заднего фронта сигнала преобразователя, и устанавливает триггер iB единичное состояние. Так как триггер k также находится в единичном 38 состоянии, то открываются элементы И 10 и И 12, и на вход сложения реверсивного счетчика 19 поступают импульсы,число которых пропорционально величине разности Х - Му,. Одновременно с этим код разности формируется на счетчике 16. . Во втором такте сигналом со второго выхода генератора выборки сбдержимое счетчика 16 заносится в обратном коде на счетчик 21 и на счетчик 1 7, содержимое счетчика 28, также в обратном коде, заносится на счетчик 27. Во втором такте, при вычислении дисперсии,также возможны следукй-цие слу-. и-ViJ ии VI.-«)BH-I I и ГХ.У, - Му,-1/л0 4 п ёрвбй случае сигналы переполнения с счетчика 21 поступают одновременно с сигналом переполнения счетчика 27. Триггеры 23, 2 устанавливаются в исходное состояние и на реверсивный счетчик 28 импульсы не поступают. В случае Г Х - Мц. ,,импульс переполнения со счетчика 27 поступает раньше, чем сигнал переполнения счетчика 21, и устанавливает триггер 2 в нулевое состояние. Элемент И 25 открывается и на вход сложения реверсивного счетчика 28 поступают импульсы, формируя значение дисперсии). Это продолжается до тех пор, пока сигналом переполнения счетчика 21 триггер 23 не установится в нулевое состояние. В последнем случае, когда (X -М. ) , сигнал переполнения счетчика 21 устанавливает триггер 23 в единичное состояние, и так как триггер 2 также находится в единичном состоянии, то отк ывается элемент И 26, и на вход вычитания счегмика 23 начинают поступать импульсы. Процесс продолжается до тех пор, пока сигналом /переполнения с выхода счетчик 27, триггер устанавливается в нулевое состояние, Технико-эксжомическая эффективность предлагаемого устройства заклочается в повьшении точности устройства по сравнен1«о с прототипом, что достигается за счет одновременной оценки математического ожидания и дисг1ерсии. Таким образом, введение новых элементов и блоков позволяет повысить точность оценки характеристик случайных процессов, и расширить функциональные возможности устройства за счет определения текущего значения математического ожидания и дисперсии.