Устройство для определения среднего значения случайного процесса Советский патент 1984 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированным средствам автоматики и вычислительной техники и предназначено для определения среднего значения случайных процессов.

Известно устройство, содержащее два усреднителя, два блока вычитания, два формирователя модуля, блок формирования заданной погрешности и блок коррекции. Устройство формирует оценку среднего значения при недостатке априорной информации о частотных свойствах исследуемого процесса l .

Недостатком- устройства является невозможность определения среднего значения с заданной точностью по дискретной выборке с неизвестным заранее значением интервала корреляции .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения среднего значения, содержащее первый ключ, первый вход которого соединен с входом устройства, второй вход подключен к входу делителя частоты и к выходу регулируемого делителя частоты, а выход соединен с входом первого усреднителя и с первым входом блока вычитания, вход последнего через второй усреднитель связан с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока задания погрешности, а выход - к первому входу второго ключа, второй вход последнего соединен с выходом делителя частоты, а выход через счетчик связан с первым входом регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов. Кроме того, выход делителя частоты соединен с вторыми входами усреднителей, а выход первого усреднителя подключен к входу блока задания погрешности и к другому входу блока вычитания 2 I .

Устройство обеспечивает формирование оценки среднего значения на основе автоматической декорреляции выборочных значений единичных реал-изаций стационарных эргодических случайных процессов в условиях априорной неопределенности относительно их корреляционных свойств.

Недостатком устройства является существенно ограниченный снизу частотный диапазон анализа. В том случе, когда интервал корреляции исследуемого процесса Сц, значительно превосходит по величине начальное значение постоянной времени усреднения ycтpoйcтвat|J выходной сигнал второго усреднителя буд меньше заданного значения погрешности и, следовательно, в этой (относительно низкочастотной) облати не будет обеспечена сходимость алгоритма и именно из-за этого эффекта ограничивается частотный диапазон анализа данного устройств

Цель изобретения - расширение частотного диапазона анализируемых сигналов.

i Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения среднего значения случайного процесса, содержащее первый ключ, выход которого подключен к входу первого усреднителя и к первому входу блока вычитания, выход которого через второй усреднитель соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока згщания погрешности, первый выход блока сравнения соединен с первым входом второго ключа, выход которого подключен к входу счетчика, выход которого соединен с первым входом регулируемого делителя частоты, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выход регулируемого делителя частоты соединен с первым входом первого ключа и с входом делителя частоты, выход которого подключен к второму входу второго ключа, второй вход первого ключа является входом устройства, введены третий и четвертый ключи, триггер и ячейка памяти, при этом второй выход блока сравнения подключен к первому входу третьего ключа, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, выходы второго и третьего ключей подключены соответственно к первому и второму входам триггера, выход ко-; торого соединен с первым входом четвертого ключа, второй вход которого, подключен к выходу регулируемого делителя частоты, выход четвертого ключа соединен с первым входом ячейки, второй вход которой подключен к выходу первого усреднителя, выход ячейки памяти соединен с вторым входом блока вычитания .

На чертеже представлена блоксхема устройства.

Устройство для определения среднего значения случайного процесса содержит первый ключ 1, первый усреднитель 2, блок 3 вычитания, второй усреднитель 4, блок 5 сравнения, блок 6 задания погрешности, делитель 7 частоты, генератор 8 импульсов, регулируемый делитель 9 частоты, счетчик 10, второй, третий четвертый ключи 11, 12 и 13, ячейку 14 памяти и триггер 15,

Устройство работает следуюгшм образом.

В исходном состоянии в блоке 6 задания погрешности установлено знчение допустимой погрешности Л искомой оценки среднего значения, в усреднителях 2 и 4 установлены соответствующие этой погрегчности пстоянные усреднения. Например, для усреднителей, реализующих алгоритм скользящей среднеарифметической оценки, задан объем некоррелированной выборки N . В делителе 7 частоты установлен коэффициент пересчета К, обратно пропорциональный выбранной постоянной усреднения (для приведенного BHUje примера Ке1/Ц). Счетчик 10 и триггер 15 установлены в нулевое состояние и при этом ключ 13 открыт по первому входу, а в регулируемом делителе 9 частоты устанавливается минимальный коэффициент пересчета.

По импульсам с выхода регулируемого делителя 9 частоты открывается ключ 1, с выхода которого дискретные выборочные значения поступают на усреднитель 2 и на бток З вычитания. На второй вход последнего поступает текущая оценк значения, формируемая в усреднителе 2 и запоминаемая в ячейке 14 памяти с каждым импульсом дискретизации. Грубо центри-, рованная выборка усредняется в усреднителе 4, и полученный сигнал сравнивается в блоке 5 сравнения с величиной заданной погре11ности, например, по правилу

Дз

тпри

X

ml при

i Лз

На первом выходе блока Ь сравнения формируется сигнал 0 , а на втором - §. При АЭ через ключ 12 на первый вход триггера 15 поступает импульс с выхода делителя 7 частоты, триггер 15 переключается и закрывает ключ 13, благодаря чему устройство переходит в режим контроля, при котором в ячейке 14 памяти сохраняется наденная оценка среднего значения. В том случае, когда интервал корреляции много больше величины .постоянной времени усреднения, с течением времени оказывается и тогда импульс с выхода делителя 7 частоты, через открыты ключ 11 устанавливает триггер 15 в исходное состояние (открывается ключ 13) и увеличивает содержимое счетчика 10 на единицу младшего разряда. В результате указанных переключений увеличивается коэффициент пересчета регулируемого делителя 9 частоты и соответственно увеличивается шаг временной дискретизации. После нескольких циклов корректировки шага временной дискретизации устройство согласует свою постоянную времени усреднения сц с корреляционными свойствами исследуемого процесса, установив шаг времен|ной дискретизации примерно равным величине интервала корреляции -ц При этом устройство находится в режиме контроля и, следовательно, оценка среднего значения найдена с точностью не хуже заданной.

Благодаря введению ключей 12 и 13, ячейки 14 памяти, триггера 15 и соответствующей организации связей обеспечивается сходимость алгоритма при ьцн у что обуславливает расширение частотного диапазона анализа устройства в сторону низ.ких частот. Указанное преимущество обеспечивает расширение области применения и, следовательно, существенный экономический эффект.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый ключ, выход которого подключен к входу первого усреднителя и к первому входу блока вычитания, выход кото рого через второй усреднитель сое динен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока задания погрешности, первый выход блока сравнения соединен с первым входо второго ключа, выход которого под ключен к входу счетчика, выход ко торого соединен с первым входом регулируемого делителя частоты, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, выход регулируемого делителя частоты соединен с первым входом первого ключа и с входом делителя частоты, выход которого подключен к второму входу второго ключа, второй вход первого ключа является входом устрой ства, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона анализируемьсх сигналов, в него введены третий и четвертый ключи, триггер и ячейка памяти, при этом второй выход блока сравнения подключен к первому входу третьего ключа,второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, выходы второго и третьего ключей подключены соответственно к первому и второму входам триггера, выход которого соединен с первым входом четвертого ключа, второй вход которого подключен к выходу регулируемого делителя частоты, выход четвертого ключа соединен с первым входом ячейки памяти, второй вход которой подключен к выходу первого усреднителя, выход ячейки памяти соединен с вторым входом блока вычитания.