Устройство для определения среднего значения Советский патент 1987 года по МПК G06G7/52 

1

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано для оценки параметров случайных нестационарных сигналов (СНС) и является усовершенствованием изо- брения по авт. ев, № 1174948.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет оценки комбинированного показателя наклона функции среднего значения СНС.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит интегратор 1, элемент 2 задержки, вычитатель 3, интегратор 4, элемент 5 задержки, сумматор 6, элемент 7 задержки, вычитатель 8, интегратор 9, элемент 10 задержки, сумматор 11, элемент 12 задержки, сумматоры 13 и 14, элемент 15 задержки, вычитатель 16, пороговый элемент 17, элемент 18 дифференцирования, счетчик 19, элемент И 20, дополнительные элементы 21-1-21-п задержки, группу вычитателей 22-1 - 22-п, дополнительный сумматор 23, ключ 24, умножитель 25, преобразователь код - напряжение 26,

Устройство работает следующим образом,

СНС с неизвестным математическим ожиданием (средним значением) одновременно поступает на интегратор 1 и элемент 2 задержки. Первый сглажен ный сигнал поступает далее на вычитатель 3 на второй вход которого поступает задержанный на половину интервала сглаживания случайный сигнал, В вычитателе 3 осуществляют первое центрирование сигнала, т,е, из случайного сигнала вычитают его сглаженное значение, полученное на выходе интегратора 1. Далее первый центрированный сигнал сглаживают в интеграторе 4 и подают на сумматор 6, на другой вход которого подают задержанный сигнал с выхода интегратора 1, В результате этого на выходе сумматора 6 получают оценку математического ожидания случайного сигнала на выходе первого каскада. Эту оценку подают на второй каскад на вычитатель В, на второй вход которого поступает случайный сигнал, задержанный элементом 7 задержки еще на половину интервала сглаживания. В вычитателе 8 вычитают из случайного

5

190502

сигнала его оценку математического ожидания, полученную с выхода сумматора 6.

Затем второй центрированный сиг5 нал сглаживают в интеграторе 9 и подают на один из входов сумматора 11, на другой вход которого подают задержанный злементом 10 задержки сигнал с выхода сумматора 6, В результате на выходе сумматора 11 второго каскада получают еще одну оценку математического ожидания случайного сигнала. Устройство снабжено подобными каскадами в количестве т, необходимом для сведения опшбки смещения к нулю, Поэтому (т-1)-ю оценку математического ожидания получают на выходе сумматора 13 (m-l)-ro каскада, а т-ю оценку математического

ожидания получают на выходе сумматора 14 т-го каскада,

В случае сглаживания СНС с математическим ожиданием M(t), описываемым полиномом степени не выше 2(т- -l)-l, на выходах сумматоров 6,11 и т, д, до сумматора (тг2)-го каскада получают оценки (t, Т), отличающиеся от истинного значения M,(t) на величины смещения оценок

u(Mt(t, Т)).

При совпадении оценок разностей сигнал на выходе вычитателя должен равняться нулю. Практически наблюдаются некоторые малые флуктуации раз5 ностного сигнала, обусловленные тем, что Т - величина ограниченная. Поэтому к выходу вычитателя 16 подключен пороговьй элемент 17 с памятью. Величина порогового напряжения

0 подобрана так, чтобы малые флуктуации разностного сигнала на выходе вычитателя 16 не вызывали срабатывания триггера в пороговом элементе 17. Таким образом, при совпадении

5 оценок (t. Т) и , Т) не происходит срабатывания порогового элемента 17 и на вход элемента И 20 поступает разрешающее напряжение. Тогда число, зарегистрированное в

0 счетчике 19, поступая на второй вход элемента И 20, выдается на выход устройства,

В счетчике 19 регистрируется чис- ,, ло экстремумов в кривой оценке математического ожидания (t. Т), которая совпадает с истинным значением математического ожидания ) случайного нестационарного сигнала.

т, 2m-3 Число экстремумов , -«- где

2тп-3 - наивысшая степень аппроксимирующего полинома.

Для определения комбинированного показателя (у) наклона функции среднего значения СНС необходимо также определение коэффициента |i, , так как по определению у К,.р, . Коэффици- JQ ент р, можно оценить следующим образом. Математическое ожидание описывается функцией, включающей постоянную составляющую об t линейно зависящей

теля 25 поступает напряжение с выхо да преобразователя код - напряжение 26, на вход которого поступает сигнал С выхода элемента И 20. Таким образом, на выходе умножителя 25 по является напряжение, отображающее в заданном масштабе комбинированный показатель наклона функции среднего

значения СНС.

I

При сглаживании СНС с математическим ожиданием, описываемым полиномом, степень которого выше 2т-3, на выходе вычитателя 16 получают

от времени член /i, t и сумму нелиней- J5 Разностный сигнал с флуктуациями,

но

/

зависящих от времени членов .г j ft гт-э

4(с)

+ . т.е. M(t) Ы. + /Ь, t -ьц) (t).

Тогда оценка для коэффициента представлена в виде

. i:(Mr(t;,,. T)-ur(t,,T)(t,,-,)

./) -n

(t;--fc;.0

1-1

20

превьш1ающими пороговый уровень элемента 17, с выхода которого на вход элемента И 20 поступает запрещающее напряжение.

Формула изобретени

Устройство для определения среднего значения по авт. св. № 1174948

которая определяет структуру устрой- 25 тем, что.

с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет оце ки комбинированного показателя наклона функции среднего значения, в него введены п (п - число одновременно анализируемых выборок, натуральное число) дополнительных элементов задержки, группа из п вычи- тателей, дополнительный сумматор, ключ, преобразователь код - напряжение, умножитель, причем выход сум матора последнего каскада соединен с входом первого дополнительного . элемента задержки и входом уменьша- емого первого вычитателя группы, вы ход i-ro (i 1,..., n-1) дополнител ного элемента задержки соединен с входом вычитаемого i-ro вычитателя группы и входом уменьшаемого (i+1)- вычитателя группы, выход п-го допол нительного элемента задержки соединен с входом вычитаемого п-го вычи- тателя группы, выход казвдого вычи- тателя группы соединен с соответствующим входом дополнительного сумматора, выход которого соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента и является выходом значения сигнала, прев шения уровня допустимых флюктуации устройства, выход ключа соединен с первым входом умножителя и является выходом значения коэффициента накства оценки коэффициента /i, , при вначале необходимо получить разности оценок математического ожидания СНС в соседние моменты времени t. , t,-, . Эта операция выполняется в вычитате- зо лях 22-1 - 22-п. Затем необходимо бьшо бы умножить каждую разность на соответствующий коэффициент

- t..

flэ

z:(-t;.,)

Однако, при ut t- -t ; для всех ,2,...,n коэффициенты h; оказываются одинаковыми. Поэтому опера- Щ1Ю умножения можно не производить, проделав операцию масштабирования при суммировании разностей в сумматоре 23. Полученная на выходе сумматора 23 оценка , поступает на вход ключа 24, управляющий вход которого подсоединен с выходу порогового элемента 17 с памятью. Не срабатывание порогового элемента 17 вьщает разрешающее напряжение на управляющий вход ключа 24. В результате на выхо де ключа 24 в момент t действует сигнал, отображающий в заданном масштабе коэффициент 1, . Значение оценки i, передается на выход устройства и одновременно на один вход умножителя 25. На второй вход умножиJQ

190504

теля 25 поступает напряжение с выхода преобразователя код - напряжение 26, на вход которого поступает сигнал С выхода элемента И 20. Таким образом, на выходе умножителя 25 появляется напряжение, отображающее в заданном масштабе комбинированный показатель наклона функции среднего

значения СНС.

I

При сглаживании СНС с математическим ожиданием, описываемым полиномом, степень которого выше 2т-3, на выходе вычитателя 16 получают

Разностный сигнал с флуктуациями,

превьш1ающими пороговый уровень элемента 17, с выхода которого на вход элемента И 20 поступает запрещающее напряжение.

Формула изобретения

Устройство для определения среднего значения по авт. св. № 1174948,

5 тем, что.

о

5

0

5

0

5

с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет оценки комбинированного показателя наклона функции среднего значения, в него введены п (п - число одновременно анализируемых выборок, натуральное число) дополнительных элементов задержки, группа из п вычи- тателей, дополнительный сумматор, ключ, преобразователь код - напряжение, умножитель, причем выход сумматора последнего каскада соединен с входом первого дополнительного . элемента задержки и входом уменьша- емого первого вычитателя группы, выход i-ro (i 1,..., n-1) дополнительного элемента задержки соединен с входом вычитаемого i-ro вычитателя группы и входом уменьшаемого (i+1)-го вычитателя группы, выход п-го дополнительного элемента задержки соединен с входом вычитаемого п-го вычи- тателя группы, выход казвдого вычи- тателя группы соединен с соответствующим входом дополнительного сумматора, выход которого соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента и является выходом значения сигнала, превышения уровня допустимых флюктуации устройства, выход ключа соединен с первым входом умножителя и является выходом значения коэффициента нак513190506

лона устройства, выход элемента И со- теля, выход которого является выхо- единен через преобразователь код - дом значения комбинированного коэф- напряжение с вторым входом умножи- фициента наклона устройства.

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано для оценки параметров случайных нестационарных сигналов (сне) и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1174948. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет оценки комбинированного показателя наклона. Показатель определяется как произведение числа экстремумов функции среднего значения на коэффициент ее наклона на интервале анализа. Устройство содержит интеграторы 1,4 и 9, элементы 2,5,7,10,12,15,21-1,21-п задержки, вычитатели 3,8,16,22-1, 22-п, сумматоры 6,11,13,14 и 23, пороговый элемент 17 с памятью, элемент 18 дифференцирования, счетчик 19, элемент И 20, ключ 24, умножитель 25, преобразователь код - напряжение 26. 1 ил. § (Л го