Устройство для определения законов распределения случайных процессов Советский патент 1986 года по МПК G06G7/52 

ел

00 Изобретение относится к вычислительной технике, может быть исполь зовано для определения законов распределения случайных процессов в ра диофизике, радиотехнике, адаптивных системах и в других областях, имеющих связь со случайными процессами и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1064284. Цель изобретения - повышение точ ности определения законов распределения случайных процессов. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для определения зако нов распределения случайных процессов содержит блок 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов (ГНСП), группу пере2м, группу интеграмножителейторов 3, - 3, решающий блок 4, гру пу счетчиков 5, - 5jj, группу элемен тов И 61 6), группу перемножителей 7, 7, сумматор 8, индикатор 9 плотности распределения, интегратор 10, индикатор 11 функции распре деления, счетчик 12 нормирования ре зультатов, генератор 13 импульсов фильтр 14 низкой частоты, элемент И 15, элемент 16 задержки, перемножитель 17, дополнительный интегратор 18, индикатор 19 характеристической функции, генератор 20 экспоненциального напряжения, блок 21 синхронизации, переключатель 22, блок 23 оценки максимального и минимальйого значений сигнала и блок 24 определения оценки математических ожиданий компонент смеси. При этом вход переключателя 22 является входом устройства,первьй вход пере ключателя 22 соединен с входом блока 23 оценки максимального и минимального значений сигнала, первьй и второй выходы которого со ответственно подключены к входам блока 24 определения оценки математических ожиданий компоненты смеси, каждьй выход которого соответственно соединен с входами фильтра 14 низкой частоты и блока 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, выходы которого соединены с первыми вхо дами перемножителей 2,- 2ц первой группы, выходы которых через интеграторы 3 - Зк группы соединены соо ветственно с входами решающего блок 4, выходы которого подключены соотетственно к выходам счетчиков 5, 5, группы, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов И 6 , - 6ц, группы, вторые входы которых соединены с вьпсодом генератора 13 импульсов, с вторым входом элемента И 15, с выходом счетчика 12 нормирования результатов и с входом запуска блока 21 синхронизации, первый и второй выходы которого соответственно соединены с входом счетчика 12 нормирования результатов и с управлякщим входом переключателя 22, соединенным с управляющим входом блока 23 оценки максимального и минимального значений сигнала, выходы элементов И 6 - 6)j группы подключены соответственно к первым входам перемножителей 7, 7f, второй группы, а вход счетчика 12 нормирования результатов соединен с вторыми входами перемножителей 2, - 2 (J первой группы, входом блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов и с вторьм выходом переключателя 22, первые входы перемножителей 7, второй группы соединены с входами сумматора 8, выход которого подключен к входу индикатора 9 плотности распределения, через интегратор 10 - к входу индикатора 11 функции распределения и к первому входу перемножителя 17, выход которого через дополнительньй интегратор 18 соединен с входом индикатора 19 характеристической функции, второй вход перемножителя 17 соединен с выходом генератора 20 экспоненциального напряжения, выход генератора 13 импульсов соединен с входом фильтра 14 низкой частоты и первым входом элемента И 15, выход которого через элемент 16 задержки соединен с входгши запуска I Hдикатора 9 плотности распределения индикатора 11 функции распределения индикатора 19 характеристической функции и генератора 20, при этом блок 24 определения оценки математических ожиданий компонент смеси содержит вычитатель 25, делитель 32 и N каналов оценки, каждый из которых содержит первый и второй источники 26j и 30 j эталонного напряжения, компаратор 27;, первый ключ 28;, элемент ИЛИ 29;, второй ключ 31, перемножитель 33;, сумматор 34 и третий ключ 35; (i 1, N), выход которого является выходом соответствующего канала и соответствующим выходом бл ка 24 определения оценки математических ожиданий компонент смеси, а информационньй вход каждого треть го ключа 35; соединен с выходом сумматора 34j, второй и первый входы которого.соответственно сйединены с первым входом вычитателя 25 и с выходом перемножителя 33i, первый и второй входы которого соответстве но соединены с выходами второго клю ча 31; и делителя 32, второй и первый входы которого соответственно соединены с выходом первого ключа 28; и выходом вычитателя 25, соединенного с первым входом компаратора 27; , к второму входу которого подкл чен первый источник 26; эталонного напряжения, выход компаратора 27 соединен с управляющим входом перво го ключа 28 и с вторым входом эле мента ИЛИ 29, выход которого соеди нен с управлягацими входами второго ключа 31J , третьего ключа 35; для каналов 2...N с входом элемента ИЛИ 29 j, предьщущего кана ла, информационные входы первого ключа 28 и второго ключа 31- соот ветственно соединены с вторым и первым выходом второго источника 30 эталонного напряжения, второй и пер вый входы вычитателя 25 являются вх дами блока 24 определения оценки ма тематических ожиданий компонент сме си. Устройство работает следующим образом. В начальный момент блок 21 синхро низации вырабатывает импульс длительностью Т, определяемый параметрами блока и устанавливаемьй постоян но. Этот импульс, воздействуя на переключатель 22, переключает его, подключив вход устройства к входу блока 23 оценки максимального и мини уального значений сигнала, где определяются максимальное и минимальное значения напряжения, которые затем поступают в вычислитель 25, где определяется их х в промежуток между случае попадания напряжениями U j и U се; первых источников 26; и эта26. лонного напряжения, компаратор 27, открьшает первый ключ-28 ; через ИЛИ 29; второй ключ 31; и третий ключ 35; , а также через элементы ИЛИ 29, - 29;., , вторме и третьи ключи 31; - 31,-., , 35; - 35;., .Черея первый ключ 28 и второй ключ напряжение Uj,. из второго ., ,« jj,, источника 30; эталонного напряжения поступает на перемножитель 33 и на делитель 32, в котором опредедх N где N Uf,; ляются urn Перемножитель 33; и сумматор 34; определяет т- N, + m-i, являющееся искомым матожиданием вспомогательных нормальных случайных процессов, которое через ключ 35; поступает на блок 1 генераторов вспомогательньЕХ нормальных случайных процессов и на фильтр 14 низкой частоты. Аналогично работают каналы оценки с номерами 1 - (i - 1). Ключ 35; запрещает подключение к блоку 24 определения оценки математических ожиданий компонент смеси ,.-. сумматоров напряжения - 34(у , которое в против34iti будет истолковано как ном случае I i+1 lio окончании времени Т блок 21 синхронизации переключает посредством переключателя 22 вход устройства, подключив его к входам счетчика 12 нормирования результата, перемножителей 2; - 2 и блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов. Одновременно блок 21 синхронизации выработает короткий импульс, который воздействуя на счетчик 12 нормирования результата, устанавливает его в О. Начинается этап анализа параметров случайных процессов. Из реализации исследуемого процесса и из реализаций блока 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов при помощи первой группы перемножителей 2 - 2ц,и интеграторг-в 3, - 3/ формируются сигналы сходства, С максимальной вероятностью наибольший сигнал будет накоплен в интеграторе того канала, реализация генератора вспомогательного нормально случайного процесса в котором соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого сигнала. После окончания реализации исследуемого сигнала накопленные в интеграторах 3 - 3fj сигналы поступают на входы решающего устройства 4,где сигналы сравн1гваются между собой по амплитуде и выделяется канал с максимальным сигналом, чтЬ регистрируется счетчиком того канала, реалиазция канального генератора вспомогательного нормального случайного процесса которого соответствует или наиболее сходна данной реализации исследуемого сигнала. В результате такого анализа над I , реализациями исследуемого сигнала счетчики 5, - Зщ зарегистрируют I,, Ij ,..,, 1 количество реализаций исследуемого сигнала x(t),coBпадакмцих по величине или максимально сходных с реализациями блока генераторов. вспомогательных нормальных случайных процессов x(t), п 1, N Таким образом, предлагаемое устройст во всю совокупность. реализаций исследуемого процесса разделяет на N подсовокупностей, законы распреде ления КОТО1НЛХ соответствуют по вероятности законам распределения соответствующих генераторов вспомогател ного нормального случайного процесса.25

Вероятности определяются следукхцим образом.

Общее количество реализаций исследуемого процесса считывается счетчи- ком 12 нормирования результатов (егозо коэффициент пересчета устанавливается заранее). При переполнении счетчика 12 нормирования результатов с его выхода подается сигнал на второй вход элемента И 15 и далее - на вход элемента 16 задержки, а также при этом на вторые входы элементов И 6 , - 6к поступает сигнал с выхода счетчика нормирования результатов и в перемножителе 7 - 7 списываются нормированные показания счетчиков 5| 5и, которые представляют собой веро т. ятности q - , п « 1, N разделенных подсовокупностей. Условия регистрации плотности и функции распределений требуют, чтобы они были функциями времени. СледоваTenbHOj для аппаратурного определени плотности вероятности и функции распределения должны быть представлены в виде функции времени. Поэтому плот ности и функции распределения подсовокупности исследуемого процесса представляются в виде функции времени, которые формируются фильтром 14 низкой частоты. При переполнении счетчика 12 нормирования результатов 1

ции с выхода элемента 16 задержки, запускаемого сигналами счетчика 12 нормирования результатов и генератора 13 импульсов через элемент И 15.

Таким образом, на индикаторах плотности распределения и функции распределения синтезируются плотности распределения и функции распре146его выходным сигналом запускается генератор 13 импульсов,вырабатьшающий единичные импульсы (t) . Фильтр 14 низкой частоты при передачи на его вход одиночных импульсов дает отклики Wjj(t), п 1, N, которые зависят от времени так же, как и плотности распределения разделенных подсовокупностей от X. Импульсные отклики Фильтра 14 низкой частоты перемножаются с вероятностями q , т.е. выходными сигналами элементов И в перемножителях 7, - 7ц. Выходные сигналы перемножителей суммируются в сумматоре 8, сигналы с выхода которого подаются на первый вход индикатора 9 плотности распределения, а также этот сигнал одновременно интегрируется интегратором 10, с выхода которого интегрированный сигнал подается на первый вход индикатора 11 функции распределения. На вторые входы индикаторов 9 плотности распределения и индикатора 11 функции распределения подаются сигналы синхронизаделения исследуемого сигнала, состоящего из N подсовокупностей, описываемых смесями нормальных плотностей и функций распределений ,,W«Xt), ,0, h l I РМ Ял1 пШ- 1пРпМ,1ИО, П-1 -ю Характеристическая функция в устройстве получается путем специальных функциональньсх преобразований случайного процесса, а именно exp(ivt), где i - мнимая величина, v - произвольный вещественный параметр, в дальнейшем усредняется по плотности распределения переменной t, т.е. среднее значение функционального преобразованного исследуемого сЙу чайного процесса является функцией SM% %KWexpO-v{)Ji-I.(9«(v), 7 где Я - область интегрирования t; W (t) , 9 (, (v) - плотность распределения и характеристическая функция гауссовеких компонент смеси; q вероятности этих компонент. При поступлении запускающего импульса с выхода элемента 16 задержки, гене ратор 20 вырабатывает напряжение exp(ivt), которое в перемножителе 17 перемножается с выходным сигнаNлом q W(t) сумматора 8. Выходной сигнал перемножителя 17 интегрируется в интеграторе 18, ас его выхода сигнал подается на вход индикатора 19 характеристической фу ции, который запускается выходным сигналом элемента 16 задержки. После окончания этапа анализа импульс переполнения запускает блок 21 синхронизации, процесс анализа статистических характеристик сигнала повторяется. Формула изобретени Устройство для определения законов распределения случайных процессов по авт. св. № 1064284, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит блок оценки максимального и минимал ного значений сигнала, блок синхронизации, переключатель и блок определения оценки математических ожиданий компонент смеси, содержащий в читатель, делитель и N каналов оценки, каждый из которых содержит первый и второй источники эталонног напряжения, компаратор, первый, вто рой и третий ключи, элемент ИЛИ, пе ремножитель, сумматор, при этом выход вычитателя подключен к первому входу делителя и первым входом компараторов всех каналов оценки, вторые входы компараторов соединены соответственно с выходами первых ис точников эталонного напряжения, выход KfeMlnapaTopa в каждом канале оце 148, . ки соединен с управляющим входом первого ключа и первым входом элемента ИЛИ, выход которого соедиГнен с управлякнцими входами второго и третьего ключей, информационньш вход второго ключа соединен с первым выходом второго источника эталонного напряжения своего канала, второй выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выход второго ключа в каждом канале подкучен к первому входу перемножителя своего канала,а выход перемножителя соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к информационному входу третьего ключа своего канала, выходы первых ключей всех каналов oбъt динeны и подключены к второму входу делителя, выход которого подключен к вторым входам умножителей всех каналов, выход элемента ИЛИ каждого канала подключен к второму входу элемента ИЛИ предыдущего ,вторые входы умножителей всех ; аналов объединены с первым входом вычитателя и подключены к первому информационному выходу блока оценки максимального и минимального значений сигнала, выходы третьих ключей всех каналов подключены соответственно к выходам фильтра низкой частоты и блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, второй вход вычитателя соединен с вторым информационным выходом блока оценки максимального и минимального значений сигнала, информационный вход которого соединен с первым выходом переключателя, вход которого является входом устройства, а второй выход соединен с входом счетчика нормирования результата,выход которого подключен к входу запуска блока синхронизации, первый выход которого соединен с входом установки счетчика нормирования результата, а второй выход - управляющим входом переключателя и синхронизирующим входом блока оценки максимального и минимального значений сигнала.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для определения законов распределения случайных процессов в радиофизике, радиотехнике адаптивных системах и в других областях, имеющих связь со случайными процессами и позволяет повысить точность определения законов распределения за счет разделения совокупности реализаций исследуемого случайного процесса на N подсовокупностей, описываемых смесями нормальных плотностей и функций распределения. Для этого в устройство вводят блок оценки максимального и минимального значений сигнала, блок синхронизации, переклочатель и блок определения оцея8 59 ки математических ожиданий компонент смеси, соединенные соответствующим (Л образом с остальными узлами устройс ства. 1 ил.