Устройство для анализа распределений случайных процессов Советский патент 1985 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительной технике, технической диагностике, технике распознавания образов и может быть использовано для анализа статистических характеристик случайных процессов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей .устройства за счет обеспечения анализа эмпирической функции распредел ния параметра исследуемого случайно го процесса. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные, диаграммы работы устройства. Устройство (фиг. 1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, счетчик адреса 2, мультиплексор -адреса 3, блок 4 памяти, буферный регистр 5, блок 6 синхронизации, муль типлексор данных 7, комбинационный сумматор 8. Первый информационный вход мультиплексора адреса 3 соединен с вькодом аналого-цифрового пре образователя 1, второй информационньй вход - с выходом счетчика адреса 2, а выход - с адресным входом блока 4 памяти. Выход блока 4 памят являющийся выходом устройства, соединен с первым входом комбинационного сумматора 8, выход которого соединен одновременно с информаци-о ными входами блока 4 памяти и буфер ного регистра 5. Выход буферного ре гистра 5 соединен с первым информационным входом мультиплексора данных 7, второй информационный вход которого соединен с шиной постоянно го потенциала, равного уровню лог.1, а выход мультиплексора данных 7 соединен с вторым входом комбинационного сумматора 8. Первый выход блока 6 синхронизации соединен с входом запуска аналого-цифрового преобразователя 1, третий выход соединен, одновременно, с управ ляющими входами мультиплексора адре са 3 и мультиплексора данных 7, чет вертый выход соединен одновременно с входом сброса счетчика адреса 2 и входом сброса, буфернбго регистра 5, второй выход соединен одновремен но со счетным входом счетчика адреса 2,. синхронизируюпр м входом блока 4 памяти и управляющим входом буфер ного регистра 5. Составные части устройства могут быть вьшолнены на серийно изготавли ваемых цифровых интегральных микросхемах отечественного производства. Принцип работыустройства основан на связи, существующей между гисто.тограммой и эмпирической функцией распределения случайного процесса. Известно, что эмпирическая функция распределения Кх-х,), где N -объем выборки; x() -выборочные значения, упорядоченные в порядке возрастания в вариационный .ряд С порядковые статистики) , О при X 1(х-х;) 1 при X 1 (х) - функция включе.ния. При квантовании выборки (что имеет место как в прототипе, так и в устройстве) весь диапазон изменения параметра исследуемого случайного процесса разбивается на L 2 интервалов квантования (каналов анализа). Ло , Д,, , ..., ОДИНКОВОЙ ПИрины (фиг. 2), где п - количество двоичных разрядов аналого-цифрового преобразователя (квантователя). Выборочные значения, попадающие в один и тот же интервал квантования, отождествляются. При этом вьфажение (1) можно представить в виде - «1 1чМ -й) (2) FN) --Г . N где i - количество выборочных значений., зафиксированных в 1-м интервале квантования (i О, Ц- ); Д - шаг квантования (ширина интервала квантования). Гистограмма параметра случайного процесса .при квантовании выборки может быть представлена аналитически в виде - i-i , N то же, что и в (2); i Entr- l - номер интервала квантования, в котором находится аргумент функции (х)(Ent - символ операции взятия целой частИ числа) . Из (2) и (3) следует, что эмпирическая функция распределения Гц(х) может быть вычислена по известной гистограмме с помощью формулы FjW b(,.),, (4) координата середины 1-го интервала квантования; номер интервала квантовакотором находится ния , в аргумент F (х). Исключив из рассмотрения нормирующий умножитель -г- , запишем (4) в упрощенном виде . где k О, L -1 ; -},- дискретное значение гистограммы в L-M интервале квантования. Таким образом,из (5) очевидно, что зная гистограмму легко определить значения эмпирической функции распределения в любой точке (при любом значений аргумента) суммированием дискретных значений гистограммы, начиная с нулевого интервала и кончая тем, что в котором находится выбранная точка. На этом соотношении между гистограммой и эмпирической функцией распределения основана работа устройства. Устройство работает следующим образом. По команде начала цикла анализа, поступающей в блок 6 синхронизации (источник этой команды на фиг. 1 не показан) на выходе 3 блока 6 синхро низации появляется сигнал (например с уровнем лог.О), иереключающий мультиплексор адреса 3 и мультиплексор данных 7 в состояние, в котором информация на выходы.прсту пает с входов 1 и 2 соответственно При этом аналого-цифровой преобразо ватель 1, блок 4 памяти, блок 6 син хронизации и комбинационньй суммато В оказываются соединенными так же, 4 как в прототипе, т.е. устройство (1, переводится в режим анализа гистограммы . На выходе 1 блока 6 синхронизации вырабатываются импульсы запуска аналого-цифрового преобразователя в количестве N (N, как и ранее, объем выборки),а на выходе 2 блока 6 синхронизации - импульсы записи информации в блок 4 с задержкой Т ,, относительно импульсов запуска аналого-цифрового преобразователя. } Дцп время аналого-цифрового преобразования; . время задержки распространения сигнала через -мультиплексор адреса 3; . время чтения информации из блока 4 памяти; время суммирования комбинационного сумматора 8. По каждому импульсу запуска, поступающему на вход запуска аналогоцифрового преобразователя с выхода 1 блока 6 синхронизации, осуществляется аналого-цифровое преобразование параметра исследуемого случайного процессе x(t) в двоичный код. Этот код через мультиплексор адреса 3 с задержкой t, поступает на адресньй вход блока 4 памяти. Через время Ср на выходе блока 4 памяти появляется код числа, содержащегося в ячейке, адрес которой задается кодом аналого-цифрового преобразователя (каждая из L ячеек блока 4 памяти, начиная с 0-й т кончая (Ь-1)-й, вэАимно однозначно соответствует одному из L интервалов квантования). Код на выходе аналого-цифрового преобразователя обозначает номер интервала квантования, в котором находится значение параметра случайного процесса. В комбинационном сумматоре 8 эТо число увеличивается на 1, поскольку на вход 2 комбинационного сумматора 8 через мультиплексор данных 7 поступает сигнал с уровнем лог,1 на все время .режима анализа гистограммы. Увеличенное на единицу число через время с с выхода сумматора поступает на информационный вход блока 4 памяти. На синхронизирукя1ий вход блока А памяти с задержкой l,) Гсм.Сб) с выхода 2 блока 6 синхронизации по.ступает импульс записи, по которому увеличенное на единицу число записывается в ту же ячейку блока 4 памяти Таким образом, после каждого цикла аналого-цифрового преобразования число, записанное в той ячейке блока 4 памяти, адрес которой задается . выходным кодом аналого-цифрового , преобразователя 1, увеличивается на единицу. Если перед началом измерений во все ячейки блока 4 памяти записываются нули, т.е. память очищается (цепь формирования вспомогательного режима очистки памяти на фиг. 1 не изображена), то после окон чания процесса измерений в ячейках блока 4 памяти оказываются записанными дискретные значения гистограммы параметра исследуемого случайного процесса x(t). На этом режим анали за .гистограммы заканчивается. На выводе 4 блока .6 синхронизации вырабатывается короткий импульс сброса, устанавливающий нули на выходах счетчика адреса -2 и буферного регистра 5, а на выходе 2 блока 6 синхронизации устанавливается сигнал инверсной полярности (например, с . . уровнем лог,1), устанавливающий мультиплексоры адреса 3 и данных 7 в состояние, в котором информация на их выходы поступает с информацио ных входов 2 и 1 соответственно. Устройство переводится в режим анализа.эмпирической функции распределения, вьшолняющийся за L так тов. В этом режиме работа устройств происходит следующим образом. 0-й тАкт. Код с выхода счетчика адреса 2 через мультиплексор адреса 3 с задержкой поступает на ддресньй вход блока 4 памяти. На выходе блок 4 памяти через время г-тпоявляется код числа а, записанного в 0-й яче ке, равного дискретному значению ги тограммы параметра случайного проце са в 0-м интервале квантования. Это число поступает на вход 1 сумматора 8, на второй вход которого через мультиплексор данных 7 поступает код числа RO с выхода буферного регистра 5 (В 0-м такте ). На выходе комбинационного сумматора 8 с задержкой t см появляется код результата суммирования .который поступает на информационные входы блока.4 памяти и буферного регистра 5. После этого на объединенные между собой синхронизирующий вход блока 4 памяти, управляющий вход буферного регистра 5 и счетный вход счетчика адреса 2 поступает импульс записи с выхода 2 блока 6 синхронизации (длительность этого импульса Г/х 1 max г, 3 , ,. где минимальная длительность счетного импульса счетчика адреса 2; t - минимальная ;ц1ительность импульсазаписи информации в блок 4 пам5гти; минимальная длительность импульса записи в буферцый регистр 5). По этому импульсу производится запись кода Fq в 0-ю ячейку блока 4 памяти и буферный регистр 5. С окончанием действия импульса записи заканчивается нулевой такт. Работа устройства в 1-м, 2-м, ..., (L-I)-M тактах аналогична работе в 0-м такте, поэтому ниже приводится описание работы устройства в произвольном i-M (,L-1)- такте. При этом в описании н.е указаны задержки, так как они аналогичны описанным в 0-м такте. 1-й такт. По заднему фронту импульса записи (1-1)-го такта счетчик адреса 2 переключается в следующее состояние, т.е. на его выходе появляется . код числа г. Этот код через мультиплексор адреса 3 поступает на адресньй вход блока 4 памяти, на выходе которого появляется код числа V , записанного в i-й ячейке ( равно дискретному значению гистограммы в i-M интервале квантования) . Код поступает на вход 1 комбинационного сумматора 8, на вход 2 которого через мультиплексор данных 7 поступает код числа , с выхода буферного регистра 5. Навыходе комбинационного -сумматора 8 появл.яется код результата суммирования + )( i к- 9 kO N Код F поступает на соединенные между собой информационные входы блока 4 памяти и буферного регистр 5. Затем на соединенные между собо . синхронизирующий, управляющий и счетньй входы блока 4 памяти, буфер ного регистра 5 и счетчика адреса 2 с оответственно с выхода 2 блока 6 , синхронизации поступает импульс записи. По этому импульсу производится запись кода F,- в i-ю ячейку блока 4 памяти и буферньй регистр 5. С окончанием действия импульса записи заканчивается i-й такт. Таким о 5раз6м, лосле окончания 1-го такта в ячейках 0,1,...,i ока зываются записанными, как это следу ет из .формул .(5) и (9), дискретные значения эмпиричес1сой функции распределения параметра исследуемого случайного процесса x(t). После окончания (L-l)-ro такта анализ эмлирической функции распределения заканчивается. В каждой ячейке с 0по (Ь-1)-ю включительно оказываются записанными дискретные значения эмпирической функции распределения. Временные диаграммы работы устройства приведены на фиг, 2. Таким образом, устройство производит анализ эмпирической функции - fI распределения параметра исследуемого г гтлттт айи т-1л . «. случайного. процесса. Дополнительным преимуществом устройства является то, что анализ эмпи рической функции распределения (ЭФР) осуществляется в реальном масштабе времени. Действительно, под работой устройства в реальном масштабе време ни, в данном случае, подразумевается выполнение условия, что время анализа эмпирической функции распределения значительно меньще длительности 34 анализируемой реализации случайного процесса x(t) . Поскольку Т - длительность анализируемой реализации (время анализа гистограммы) определяется эффективной шириной спектра случайного процесса и объемом выборки N, а время анализа эмпирической функции распределения Тр - количеством интервалов квантования L и быстродействием составных частей устройства, то, очевидно, соответствующим подбором элементной базы устройства можно добиться вьшолнения условия В том случае, когда для обработки статистического материала необходимы одновременно гистограмма и эмпирическая функция распределения задача легко решается на основе устройства. Гистограмма, как правило, не занимает весь объем памяти,а лишь .одну или несколько страниц. Поэтому достаточно в устройстве сигнал с выхода 3 блока синхронизации, простробированный импульсом записи с выхода 2 блока синхронизации, подать на старший разряд адресного входа блока памяти, а между выходом блока . J «. ии1л,u/j vJiTl или памяти и входом 1 комбинационного сумматора включить дополнительный буферный регистр (типа триггеразащелки) для хранения кода текущего искретного значения гистограммы. осле поступления из блока синхроизации L импульсов записи на нижей странице блока памяти оказыватся записанной гистограмма, а на верхней - эьтирическая функция аспределения параметра случайного роцесса.

«vj

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СЛУЧАЙНЬК ПРОЦЕССОВ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход кото- . рого является входом устройства, а вход запуска подключен к первому выходу блока синхронизации, второй йыход которого, соединен с синхронизируклцим входом блока памяти, информационньй вход которого подключен к выходу комбинационного сумматора, первый вход которого подключен к выходу блока памяти и является выходом устройства, отличаю ще- ее я тем, что, с целью расширения Р е W JEйKЛJjOiEKл функциональных возможностей за счет обеспечения анализа эмпирической функции распределения, в него введены счетчик адреса, мультиплексор адреса, мультиплексор данных и буферный регистр, информационньй вход которого объединен с информационным входом блока памяти, адресньй вход которого подключен к выходу мультиплексора адреса, первый информационный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй информационный вход - с выходом счетчика адреса, а управляющий вход мультиплексора адреса объединен с управляющим входом мультиплексора данных и подключен к третьему СО выходу блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с входами сброса счетчика адреса и буферного регистра, второй выход блока синхронизации подключен к счетному входу счетчика адреса и управляющему взСоду буферного, регистра, выход коО) торого соединен с первым информации(: онньм входом мультиплексора данных, J второй информационпаый вход которого GO соединен с шиной логической единицы устройства, а выход подключен к второму входу комбинационного сумматора.