Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Советский патент 1986 года по МПК G06F17/17 G06F17/18 

1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статистической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах

15

передачи дискретных сообщений ортого- ю 26 и элемента И 27, в случае экспоненциально взвешенного сглаживания результатов измерений, например, при - в виде (фиг. 5) трех кас- кадно включенных умножителей, каждый из которых содержит по одному счетчику 28-1, 28-3 по модулю 4 и по одному элементу 28-4, 28-6 запрета соответственно.

Устройство для выполнения ортогонального преобразования по Хаару для случая и соответственно для дополнительно содержит по ( -1)3 вычигателя 29-30, 31-32,33-34, первая группа вычитателей содержит 25 три основных вычитателя 35 - 37 и один дополнительный 38, вторая группа вычитателей содержит один основной вычитатель 39, дополнительный вычитатель 40, третья группа вычи-

нальными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и других подобных им функций, в различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повьшенной надежности.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства;на фиг.2 - 5 - функциональные схемы блока элементов И для случаев вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего, сглаживания по методу ин- терированных усреднений при , сглаживания оператором Хэмминга

() и вычисления экспоненциально взвешенного скользящего среднего

при j на фиг. 6 - блок-схема уст20

5-J

5-J

ройства в режиме вычисления-формиро- зо тателей не содержит (2 )основвания коэффициентов разложения Хаара при .

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке (фиг. 1) содержит преобразователь 1 код-частота, информации, блок 2 элементов И, М счетчиков 3-1, 3-2,..., 3-(М-1), 3-М, (где М - .объем скользящей выборки), блок 4 управления, генератор 5 тактовых импульсов, регистр 6, вход 7 запуска устройства, выход 8 окончания преобразования, выход 9 синхронизации и информационный выход 10 блока 1, выход 11 синхронизации устройства М информационных выходов 12-1, 12-2,..., 12-(М-1), 12-м блока 4, вход 13 синхронизации, блока 1, М выходов 14-1, 14-2,..., 14-j, 14- (М-1), 14-м блока 2, счетчик 15 (по модулю М), элементы 16-1, 16- 2,..., 16-(М-1) и 16-м задержки, элементы И 17 - J9.

При этом блок 2 в случае вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего может быть вьшолнен в виде (фиг. 2) элементов И 20-1, 20-2,..., 20-м, в случае сглаживания

результатов измерений по методу ин- терированных усреднений, например, при - в виде (фиг. 3) первого элемента И 21, первого 22 и второго 23 триггеров, второго элемента И 24 и элемента И-НЕ 25, в случае сглаживания результатов измерений оператором Хэмминга, например, при - в виде (фиг. 4) синхронного триггера

не я п тве ржи , 3 ей я 3 , в т о олн гру

5-J

35

ных вычитателей и содержит лишь один дополнительньй вычитатель 41. Разрядные выходы 42 являются информационными выходами устройства нулевого порядка, т.е. на них выставляется зна1 Г т

чение коэффициента Cl(p,O)-ZIX(L)Tj

разложения по Хаару, выхбд 43 является информационным выходом первого порядка, на котором выставляется значение коэффициента O. а (i,i) 8 1,

a(0,l) (i-j)(i-j)Tl.

J i 5

Выходы 44 и 45 вычитателей второй

группы являются информационными выходами устройства 2-го порядка, на которых выставляются соответственно Q значения коэффициента 0,5 {2 (1,1)

86.

(i- j)T -/ LCi-JJT И коэффициента

А г

,0, a(1,2)(i-J)Tl-,(i-j)T..

5 - j - э j: 1 . Выходы 46 - 49 вычитателей третьей группы являются информационными выходами устройства третьего порядка.

на которых выставляются соответственно значения коэффициентов

0,5{2 tt(2,1)x(i-8)Tl-x(i-7)Tl; . 0,5(2 a(2,2)x(L-6)Tl-x(i-5) .0, a(2,3)xC(i-4)(i-3) 0,5/2 a(2,4)x(i-2)Tl-x(i-1)T, где x(i. Т) - значение входного кода в момент времени, i, Т (,M+2,...) Т - интервал дискретизации.

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке работает следующим образом.

Переключение устройства в режим регистрации осуществляется путем подачи на вход 7 сигнала (уровня). Лог 1 (положительная логика). При этом собственно процесс измерения скользящего среднего начинается с момента начала выработки на частном информационном выходе 10 блока 1 последовательного число-импульсного кода, в наперед известном масштабе отображающего дискретное значение регистрируемого процесса. Причем в какой бы форме не поступали в блок 1 результаты измерения случайной функции: в виде интервалов времени между двумя случайными импульсами, заполняемых (интервалы) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде амплитудного значения сигнала, промеряемого также (после обычного преобразования амплитуда - время) в блоке 1 импульсами генератора 5, в виде парал лельного двоичного кода, преобразуемого по методике код-частота, на счетный вход 10 блока 2 будут поступать импульсы, количество которых в заданном масштабе каждый раз будет отображать значение дискреты x(i,Т).

В то же время по окончании преобразования каждого текущего результата измерений x(i. Т) в соответствующий число-импульсный код блоком 1 на своем выходе 8 выставляется импульс Лог , который в качестве поинтервального синхроимпульса поступает на одноименный вход блока 4 управления. По срезу поинтервального синхроимпульса, т.е. при переходе этого импульса из состояния Лог 1 в Лог О, счетчик 15 по модулю М в начальный период поступления и обработки первых (М-1) результатов измерений последовательно увеличивает свои показания вплоть до установки

223250

уровня Лог. 1 на его старшем по весу разрядном выходе Р . В результате сигнал переноса со старшего по весу разрядного выходаР счетчика 15,

5 с одной стороны, деблокирует элемент И 17 блока 4, а с другой - запирает по входу элемент И 18. Тем самым фиксируется (защелкивается) данное состояние счетчика 15, кото10 рое вплоть до поступления на вход 7 сигнала Лог. О остается неизменным до окончания всего процесса обработки результатов измерений либо до момента очередного нарушения стаJ5 ционарности режима его работы (в случае использования предлагаемого устройства в качестве датчика случайных чисел.

Вместе с этим при каждом поступле20 НИИ в блок 4 синхроимпульса он поступает также на вход элемента 16-М задержки и, последовательно распространяясь через все элементы 16-j задержки формирует на соответствую25 Щих информационных вьгходах 12-j блока 4 задержанные один относительно другого управляющие сигналы для соответствующих счетчиков 3-J информации. В результате содержимое каж3Q дого счетчика j-1 (, 2,..., М) информации переписывается в j-й счет чик информации. При этом синхроимпульс Лог. 1, каждый раз достигая первый элемент 16-1 задержки, с его выхода блокирует по входу элемент .И 19. Последний в этом случае формирует на первом информационном выходе блока 4 импульс Лог. О, который обнуляет первый счетчик 3-1 информации и одновременно в каче стве командного импульса начала регистрации следунщего результата измерения исследуемого процесса поступает на выход 12.

Таким образом, по истечении статистической обработки первых (М-1) результатов измерений исследуемого процесса показания Sj каждого j-ro по порядковому номеру (рангу) счетчиJQ ка 3-J информации в момент окончания регистрации число-импульсного кода каждого очередного результата измерения , т составляют величину

55 S.2::b(j-t)x(i-t)T, (5)

где b(j-i)- весовые коэффициенты соот- ветствуюпщх j-x счетчи35

40

ков-накопителей информации (О 6 t (j-1); j 1, 2,..., М, причем b(j-t) ОВ частности, ири вычислении равномерно взвешенного скользящего среднего (среднеарифметического значения последних М результатов измерений) значения весовых коэффициентов Ь. для всех счетчиков-накопителей информации одинаковы и блок 2 в этом случае может быть выполнен таким образом (фиг. 2), что элементы И 20-j выполняют функции умножения сигналов с частотного информационного выхода 10 блока 1.

В случае сглаживания результатов измерений по методу интерированных усреднений, например при , т.е. когда сглаживание производят по разностному соотношению

S jg-{x i,(i-1)(1-2)T +4x(i-3)(i-4)(i-5)T +

-fx(i-6), (в;

блок 2 может быть выполнен согласно фиг. 3. При таком сглаживании, равносильном выполнению сначала операции вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего для каждых четырех результатов измерений, а затем вычислению такого же скользящего среднего по полученным ранее скользящим средним, весовые коэффициенты и симметрично (относительно центрального 4-го счетчика-накопителя информации) расположенных счетчиков равны между собой (фиг. 3). Тогда, имея в виду, что нормированное значение Ь весового коэффициента для центрального 4-го счетчика информации в блоке 2 (фиг. 3) принимается равным , соответственно для нормированных значений остальных коэффициентов имеем

Ь 1 /4 V Ь Ь 2/4; Ь Ь 3/4.

Указанную нормировку, т.е. деление на 4, на 2 и на 3/4, производят соответствующие узлы блока 3 (фиг.З) В результате (по истечении статистической обработки первых М-1 результатов измерений) с каждым поступлением очередного нового результата измерения ,T показания 8„ последнего М-го счетчика отображают значение интерированной суммы для семи

последних результатов измерений исследуемого процесса,которое (S) сигналом Лог. 1 на входе 11 заносится в регистр 6.

В случае сглаживания при результатов измерений оператором Хэм- минга блок 2(фиг. 4) содержит один синхронный триггер 26, осуществляюЩий нормировку по mod 2 весовых коэффициентов 1- и 3-го счетчиков, и один умножитель 27. В остальном устройство функционирует аналогично. Экспоненциальное сглаживание ре- ,

зультатов измерений в устройстве осу- ществляется непосредственно по определяющему такой тип сглаживания рекуррентному соотношению

l f (1-0

,T c( V (1-о()

MJ

x(i-j)T, (7)

где о(.1/М - постоянная сглаживания.

Действительно, сопоставляя последнее соотношение с разностным управлением, описьшающим алгоритм функционирования предлагаемого устройства, нетрудно видеть, что нормированные весовые коэффициенты (в этом случае согласно определению экспоненциального сглаживания) должны убывать (при убывании ранга j от М до 1) по геометрической прогрессии. Это требование обеспечивает блок 2, который в случае и для (1-о ) 3/4 может быть выполнен согласно фиг. 5.

Устройство при осуществлении ортогонального преобразования по Хаару работает следующим образом.

Число-импульсные коды отсчетов ,TJ последовательно с периодом Т регистрируются в счетчиках 3-j по рассмотренному вьше алгоритму функционирования для случая вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего, т.е. для случая, когда все весовые коэффициенты, b для разностного уравнения равны единице,а блок 2 выполнен согласно фиг. 2. Для рассматриваемого (фиг. 6) в качестве примера случая вычисления восьми коэффициентов усеч енной функции Хаара (, () показания всех 3j -X счетчиков с момента времени представляют (,. 2,...,8) скользящие частичные суммы временной последовательности отсчетов согласно разностному управлению.

При на разрядных выходах 42 восьмого (под Ы3-8) счетчика-накопителя информации автоматически выставляется значение коэффицие.нта и(0,0) Хаара нулевого порядка, а на информационном выходе 43 вычитателя 41 третьей группы (фиг. 6) - значени коэффициента а(0,1). В то же время на информационных выходах 49 и 45 (дополнительных) вычитателей 38 и 40 соответственно также автоматически выставляются значения 0,5/Тс(2,4) и 0, (1,2). Первые входы вычитателей 38, 40 и 41 при их соединении с разрядными выходами соответствующих счетчиков сдвинуты на один разряд влево (в сторону старших разрядов). Бл-агодаря этому, т.е. комбинационному выполнению операции умножения на 2, обеспечивается получение надлежащих значений 0,5«{2 (2,4) и 0,5 v/2-a(1,2).

В то же время на выходах нечетных 29-, 31- и 33-го вьгаитателей соответственно выставлены величины

S,9-ZI (,-j|Tj- xt(,-j)(.-3) 0 1J-1

5

S,,)(.-j)(.-5)

jrlJ-1

76

s..( -J T -r 4c -j)T AUi-T)T.

J -1

J:1

равные последним трем нечетным отсчетам регистрируемого процесса.Вместе с этим на выходах четных 30-,32- и 34-го вычитателей соответственно выставлены следукицие величины:

(1-4)(1-3) (i-6)(i-5)Tj; Sj xC(i-8)(i-7)

В результате на выходах 46, 47 и 48 вычитателей 37, 36 и 35 первой группы соответственно выставлены значения коэффициентов третьего порядка

0,(2,1)Sj, -2Sj, х.(1-8)(i-7) 0,5/2-a(2,2)Sj,-2S,, х(1-6)(i-5)

0,(2,3)S -2S,, x(i-4) (i-3)T.

Одновременно с этим на выходе 44 вычитателя 39 второй группы выстав- лен коэффициент второго порядка

0,5/2 q(l,1) Sj 6

ZZ(-J)T,

j s

B формировании которого при реализуемом здесь алгоритме уже не участвуют ни вычитатели третьей группы, ни нечетные вычитатели. Кроме того, в

соответствии с хааровским процессом сдвига и сжатия в формировании коэффициентов каждой следующей i-й группы, начиная с 2-й группы вычита- телей, не участвует мпадший по номеРУ (основной) вычитатель (1-1)-й

группы (в данном случае для 2-й группы 35-й вычитатель, а для 3-й группы 39-й вычитатель).

Формула изобретения

Устройство для статистической об работки результатов измерений по скользящей выборке, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу синхронизации преобразователя код-частота,блок управления, М счетчиков (где М - объем вводной выборки) и регистр, информационный выход которого является информационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок элементов И 2(2 -1) вычитатель ( М) и пгрупп вычитателей, причем i-я () группа содержит вычитателей, при этом информационный выход синхронизации преобразователя код-частота информации подключен соответственно к индукционному и управляющему входам блока элементов И, j-й (,M) выход которого подключен к счетному вводу j-ro счетчика, информационный выход к,-го (К 1, М-О счетчика подключен к информационному вводу (К+1)-го счетчика, а индукционный выход М-го счетчика подключен к информационному входу регистра, первый и второй входы 2 -го вычитателя i-й группы подключены к информационным, выходам соответственно и 2 -го счетчиков, информационный выход (, m 1, счетчика подключен к первым входам j -го

и ()-ro вычитателей, вторые вводы которых подключены к информационным выводам соответственно ()-ro и (j,,+2)-ro счетчиков,выходы j -го и

(j -1)-го вычитателей подключены соответственно к первому и второму входам J. -го и ()-ro вычитателя первой группь1,выходы jg-ro и ()-ro (j..Jh/ ,2. .. ) вычитателей первой труп- пы подключены соответственно к первому и второму входам вычитателя второй группы, выход 1-го (,А...) и (+1)-го вычитателей Р-й (,-1) группы подключены соответственно к первому и второму входам (1/2)-го вычитателя (р+1)-й группы, выходы вычитателей i-й группы являются группой информационных выходов (n-i+1)- го порядка устройства, а. информацион- ный выход М-го счетчика является информационным выводом нулевого порядка устройства, причем блок управления содержит М элементов задержки, три элемента И и счетчик, выход переноса которого подключен к первому входу первого элемента И, первому входу

второго элемента И, выход которого подключен к установочному входу регистра, выход окончания преобразова- ния преобразователя код-частота подключен к вторым входам первого и второго элементов И и входу первого элемента задержки,выход г-го (,М-1) элемента задержки подключен к установочному входу (M-i+1)-ro счетчика и входу (t + 1)-ro элемента задержки,выход М-го элемента задержки подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входу сброса первого счетчика, вход запуска преобразователя код-частота является входом запуска устройства и соединен с вторым входом третьего элемента И и входом сброса счетчика блока управления, а выход первого элемента И подключен к счетному входу счетчика блока управления ,

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники. Цель изобретения - повышение быстродействия. Для достиже --..j ния цели в схему устройства-прототипа введены спецвычитатель, п групп вы- читателей и блок элементов И. Изобретение может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолшаи других подобных им функций, в.различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повышенной надежности. 6 ил. I О)

-(М-1)

M-fi

Фиг. 2

26

/4;-J

Фиг.

Составитель А.Баранов Техред Н.Бонкало Корректор В.Бутяга

™ .-в.™..---- яв..

1716/53 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал НЛП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4