Устройство для определения статистических характеристик случайного процесса Советский патент 1987 года по МПК G06F17/18 

10

11341652

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для анализа характеристик флуктуации электрических и радиотехнических сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой- ства за счет нахождения центральных моментов высшего порядка.

Целью специальных исследований в радиотехнических системах является построение оптимальных оценок для па- раметров сигналов. Данный подход находит широкое применение в различного рода измерительных радиотехнических системах в связи с необходимостью дальнейшего улучшения их точностных характеристик. Однако в некоторых практических ситуациях выбор наиболее из подходящих методов построения оценок параметров сигналов невозможен без предварительного определения принадлежности закона распределения флуктуации к определенному классу функций распределения.

Наиболее распространенными методами оценивания параметров следует считать методы максимального правдоподобия, наименьших квадратов, динамической фильтрации (оптимальность данных методов обеспечивается лишь при нормальном законе распределения iфлyктyaций).

20

до то хо на ни

сх

им со 5 ще по бл пу ре ср

ра

ры ле по

25

30

на

ч п я л и

Из известных самым простым и распространенным является метод, связанный с оценками центральных моментов третьего и четвертого порядков |iij и ,, В случае нормального распределе- ния флуктуации радиотехнического сигнала эти моменты равны:

з О, f., 36.

Оценками для них могут служить эм- лирические центральные моменты х и

4

Причем

к

м

г,

р.

1

3, 4; i 1,k

де

i

i

нижняя или верхняя границы подинтервалов, на которые разбивается область значений сигналаJ

вероятность попадания в j-й интервал, равная m/n, причем k - число подинтервалов J m - число попаданий в интервал, an- общее количество реализаций процесса

0

(при п 100 значимые части чисел m и Р. совпадают).

Если при этом назначать границы допустимых интервалов значений /щ. , то можно установить соответствие исходного распределения флуктуации сигнала нормальному закону распределения.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Она содержит генератор 1 тактовых импульсов, распределитель 2 импульсов, фильтр 3 постоянной составляю- 5 щей, компаратор 4, формирователь 5 пороговых уровней, первый регистр 6, блоки 7-9 возведения в степень группу элементов И 10,11 и 12, умножитель 13, сумматор 14, группу элементов И 15-17, регистр 18, нуль-орган 19, регистр 20, квадратор 21, схему 22 сравнения, элемент И 23.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени регистры 6, 18 и 20 памяти находятся в нулевом состоянии, в формирователе 5 порогового уровня установлен уровень

5

напряжения U U .

На вход компаратора 4 через фильтр 3 поступают зна.чения реализаций случайного стационарного сигнала U(t) без постоянной составляющей. При по- i падании значения реализации случайного сигнала в интервал ( , + d х) на выходе компаратора 4 появляется сигнал, уровень которого соответствует единице, это значение записывается в первый регистр 6 памяти. По истечении отрезка времени, определяемого периодом последовательности импульсов с выхода генератора 1 тактовых импульсов, число, записанное в регистре 6, подается на умножитель 13. На второй вход умножителя 13 поступает число с выхода элемента И 10 при наличии разрешающего импульса с распределителя 2 импульсов. На один вход элемента И 10 подается значение величины и , возведенной в квадрат в блоке J возведения в степень. Таким образом, на выходе умножителя 13

имеем-произведение

количество попадании реализации сигнала в интервал (U, , + dU), которое попадает в сумматор 14. При этом изменяется уровень опорных напряжений, вырабатываемых формирова,телем 5. Он становится равным U

мми

+2 и на первом и U + aU на втором выходах соответственно и весь процес повторяется так же, как описано выше Указанные циклы продолжаются до тех пор, пока в сумматоре 14 не запишется результат обработки подинтервала CU«.H-(k-l).U, .k.UJ,гдe k - число подинтервалов разбиения области значений реализации сигнала. Зате результат сложения из сумматора 14, равный (j, через элемент И 15 поступает в квадратор 21. Это становится возможным благодаря наличию разрешающего импульса на другом входе элемен та И 15, связанном с соответствующим выходом распределителя 2 импульсов. В квадраторе 21 выполняются операции возведения в квадрат и умножения так чтобы на его выходе было число, рав- нов й.

Следующий этап работы устройства вычисление третьего центрального момента флуктуации U(t), При этом на выходе компаратора 4 вновь появляет- ся уровень сигнала, соответствующий единице лишь при попадании реализации U(t) в интервал (U , U + + Лх). Процесс повторится так же, как было описано до момента окончания об- работки интервала реализаций случай- ного сигнала U(t), с той разницей, что на другой вход умножителя 13 поступает число, равное кубу значения напряжения с второго выхода формирователя 5 вследствие прихода разрешаю- щего импульса на один вход элемента И 11 с второго выхода формирователя 5.

Число, соответствующее третьему центральному моменту, через элемент И 17 благодаря разрешающему импульсу с третьего выхода распределителя 2 записывается в регистр 18, а затем подается на нуль-орган 19, где срав- нивается с величиной, близкой к 0.

Третий этап работы - вычисление четвертого центрального момента. Он аналогичен первому и второму этапам

с той лишь разницей, что на один gQ сумматор, умножитель, квадратор, втовход умножителя 13 поступает число, равное четвертой степени напряжения на втором выходе формирователя 5 по причине наличия разрешающего импульса на одном входе элемента И 12. Значение четвертого центрального момента через элемент И 16 записывается в регистр 20 вследствие прихода разрешающего импульса с соответствующе55

рой и третий регистры, нуль-орган, схему сравнения и элемент И, выход которого является выходом устройства, а первый и второй входы подключены соответственно к выходам схемы сравнения и нуль-органа, информационный вход схемы сравнения и вход нуль-органа соединены соответственно с выходами второго и третьего распределителя 2 импульсов. В схеме 22 сравнения величины четвертого центрального момента и Зй сравниваются и результат сравнения в виде уровня напряжения, соответствующего нулю или единице, подается на один вход элемента И 23. На другой его вход поступает результат сравнения в нуль-орган 19. При этом на выходе элемента И 23 устанавливается уровень, соответствующий 1, если закон распределения флуктуации сигнала

и

о в противном слу5 0

5 о

Q 5

5

Формула изобретения

Устройство для определения статистических характеристик случайного процесса, содержащее формирователь пороговых уровней, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а первый и второй информационные выходы соединены соответственно с входами задания порога компаратора, выход которого подключен к входу первого регистра, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения центральных моментов высшего порядка, оно содержит фильтр постоянной составляющей, вход которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом компаратора, первый, второй и третий блоки возведения в степень, входы которых объединены с вторым входом задания порога компаратора, распределитель импульсов, первую и вторую группы элементов И, первые входы элементов И обеих групп подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам распределителя импульсов, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, вторые входы элементов И первой группы соединены соответственно с выходами блоков возведения в степень.

сумматор, умножитель, квадратор, вто

рой и третий регистры, нуль-орган, схему сравнения и элемент И, выход которого является выходом устройства, а первый и второй входы подключены соответственно к выходам схемы сравнения и нуль-органа, информационный вход схемы сравнения и вход нуль-органа соединены соответственно с выходами второго и третьего регистров, входы которых и вход квадратора подключены к выходам элементов И второй группы, выход квадратора соединен с вторым информационным входом схемы сравнения вторые входы элементов И второй группы объединены и подключены к выходу сумматора, вход которого соединен с выходом умножителя, первый вход которого соединен с выходом первого регистра,второй вход умножителя подключен к выходам элементов И первой группы.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для анализа статистических характеристик флук.туаций электрических и радиотехнических сигналов. Цель изобретения - расширение возможностей за счет определения центральных моментов высшего порядка. Достигается цель за счет введения в известное устройство фильтра постоянной составляющей, умножителя, сумматора, квадратора, схемы сравнения, нуль-органа, двух групп элементов И по три элемента И в каждой, второго и третьего регистров и элемента И. Указанная совокупность конструктивных признаков с соответствующими, связями в устройстве позволяет определить центральные моменты 2, 3 и 4-го порядков и установить факт соответствия формы кривой распределения флуктуации сигнала нормальному закону, а также автоматизировать и значительно ускорить процесс анализа сигнала. 1 ил. с (Л 00 4

vF

Составитель Э.Сечина Редактор М.Дылын Техред М.Дидык

Заказ .4438/53 Тираж 672Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А.Обручар