Устройство усреднения Советский патент 1987 года по МПК G06G7/12 

Изобретение относится к вычислительной технике, предназ}1ачено для оценки параметров случггйшлх нестаци- OHapm.ix сигналов (СИС) и является дог1олните.г1-ьным к авт.св. N 1140134.

Целью изобретения являегся расширение функциональных возмо кностей устро11ства за счет обеснечения возможности адаптивной оценки показате- ля скорости измс нения среднего значения.

На чер1Г:А е изображена функциональная схема устройства.

Устройство содержит интегратор 1 , элемент 2 задержки, вычитатель 3, интегратор 4, элемент . задержки, сумматор 6, элемент 7 заде7)жки, вычита- тель 8 и интегратор 9, элемент 10 задержки, сумматоры 11 и 12, элемент 13 задержки, вычитатель 14, сумматор 5f цороговьп элеме)1т 16, } ычитатели 17, ключи 18, элементы 19 памяти, п-входовый сумматор 20, ключи 21, (т-1 )-входс 1.ш сумматор 22, инверто- ры 23, Г1 1 )-входовый сумматор 24, блок 25 ло . а1)ифмирования, вычитатели 26 и 27, блок 28 логарифмирования, . инвертор 29, бло 30 логарифмирования генератор 31 такторых импульсов, эле- менты 32 - i задержки.

ycTji iiCTBO работает следут л1Ц1м образом.

(-.гучай;1ЫЙ сигнал одновременно поступает на и.нтегратор 1 и элемент 2 задерхки. Первый сг.чаженны сигнал поступает далее на вычитатель 3, в котором ос ществляют первое центрирование сшн.чла, т.е. у случайного сигнала вычитлюг его сглаженное значе- ние, полученное на выходе интегратора 1 . Далее перр.ый центрированный сигнал сглаживают но втором интеграторе и пОлТлр)т на сумматор 6. На другой лчход cvN MaTopa 6 подают за- держа}П1М11 sjieMeirrofi 5 задержки сигна с выхода и.нтегр.зтора 1 , в результате чего fia рыуоде сумматора 6 получают оценку -)атсмлтичес-кого ожида}1ия случайного сигнала на выходе первого каскада. 3 i у оценку подают на BTOpoii каскад на н1 ;читате:1ь 8, на второй вход которсч о поступает случайный сигнал, залержан}1ый :1лементом 7 задержки на п 1лопи1 у интервала сглажи- вания.

В нычигателе 8 осуществляют вто- рое циН р1.,) сигнала, т.е. из случаппого сигнала вычитают оценку математического ожидания с выхода сумматора 6 первого каскада. Затем впорой центрированный сигнал сглаживают в интеграторе 9 и подают на один из входов сумматора 11, На другой вход сумматора 11 подают задержанный элементом 10 задержки сигнал с выхода сумматора 6. В результате на выходе сумматора 1I второго каскада получают еще одну оценку математического ожидания сигнала. Устройство снабжено m подобными каскадами. На выходе сумматора 12 i-ro каскада получают i-ю оценку математического ожидания, а на выходе сумматора 15 т-го каскада - т-ю оценку математического ожидания случайного сигнала.

Для определения характера функции, описывакш);ей изменение математического ожидания случайного сигнала из i-й оценки математического ожидания, задержанной в элементе 13 за держки, в вычитателе 1А вычитают т-ю оценку математического ожидания случайного сигнала. Разность оценок с выхода вычитателя 14 подают на вх i-ro порогового элемента 16 с памятью. сли на интервале анализа разность оценок не превышает заданного порогового уровня, то не происходит срабатывания ячейки памяти порогового элемента 16. Это означает, что степень полинома, описывающего изменение математического ожидания. спучайного сигнала, меньше величины 21-1. Если на интервале анализа разность i-й и т-й оценок превышает заданный пороговый уровень, то происходит срабатывание ячейки памяти порогового элемента 16. Это означает, что стеиень полинома, описывающего изменение математического ожидания случайного сигнала, больше или равна величине 2i-l.

Пусть степень полинома, описывающего математическое ожидание СНС, равна 2i-1, т.е.

2i-i

М ,(t) р t+ .„t + ...+ /,. t где d, ,,, . ., ft,

I)

коэффициенты полнома.

Коэффициент р,, характеризует скорость изменения функции среднего знчения СНС на и11терБале анализа,т.е. ,1, является показателем наклона фунции, указынанлцим на возрастание или убывание функции математического ождания па интервале anajnisa.

,3

Ксли мало, то M(tp)-M,(t) fl,(tp-t). (2;

Оценки матожидания (;НС на выходах П1 каскадо.в сдвинуты во вр)емеии на интервал Т/2 одна относитеъ 1ыю другой, причем интервал Т/2 приближенно равен интервалу корреляции случайного сигнала. Учитывая это, разности оценок (2) с выходов каждых двух соседних каскадов i-ro и (i+l)-ro можно брать в один момент времени.

Определение значения коэффициента , по разностям оценок (t;, ,Т)

-М (t; ,Т) приводит к задаче регрессии. Методом наименьших квадратов получается следующая оценка для коэффициента /Ь, с выходов двух соседних каскадов i-ro и (i+l)-ro:

( : (4,,T)(t,,T)(3

Выракением 3 определяется оптимальная структура устройства оценки коэффициента . Как следует из выражения (З), сначала следует получить разности оценок математического ожидания сне в i-M и (L+I)-M каскадах основного устройства в каждый момент времени 11 . Эти разности необходимо запомнить за весь интервал анализа. Получение разностей оценок математического ожидания СНС в i-M и (i+l)-M каскадах осутцествляет- ся в вычитателе 17. Моменты t ,.. выборок разностей и запоминание их осуществляется ключами 18-i,...,18- (i+n-l) и элементами 19-i,...,19- (i+n-1) памяти.

Задает моменты выборок t-, генератор 31 тактовых импульсов, пс5дсоеди- ненный к последовательно соединенным элементам 32-1,...,32-(n+m-2) задержки. При этом тактовый импульс с выхода генератора 31 в момент tg сбрасывает все элементы памяти в нулевое состояние. Импульс с выхода (32-i)-ro элемента задержки поступает на управляющий вход ключа 18-i в момент t ; начала получения оценки ( t ,Т), поступающей с выхода основного устройства на второй вход вы читателя 17. Момент начала получения

оценки М Т ( ;, - К поступающей с выхода основного устройства на первый вход выЧитателя 1 7 ,. сдвинут оти.оси- тельно t на интервал Т/2. Таким об-

A88fS2

разом, в момент , 1 апряжен1и с гит- хода вычитателя ) 7 передается выход ключа 18-л и, следовательно, на вход элемента 19-i памяти, в котором его величина запоминается. В следующий момент t ;, появляется импульс ни выходе элемента 32-(i+l) задержки, который поступает па управляющий

д вход ключа 18-(i+l). Тогда в момент i.. папрнжение с выхода вычитателя 17 передается на вход элемента 19- (i + l) памяти, где его в(у1ичина запоминается .

1g Таким образом, в кошде интервала ангшиза все элементы 19-i,...,19- (i+n-l) памяти запом}1ят значения разностей оценок математического ожидания (t;.j ,Т)-.М ;(1.,.,| ,Т) в момеп-г , времени t , ,t,,, ,. .. ,t,, , . . ,t „,,.

Рассмотрим как происходит адаптивная коррекция оценки . Пусть раз- ность 1-и и Пд-и оценок математического ожидания СНС не превышает за-

.;,. данного порогового уровня элемента 16, т.е. степень полинома, описывающего изменение математического ожидания СНС, меньше величины 2i-l. В то же-- время разность (i-l)-й и г.-й оценок математического ожидания превышает заданный пороговый уровень соответствующего порогового элемента основного устройства. В этом случае с выходов соответствующих пороговых элементов с первого по (i-l)-й поступи пают сигналы единичной амплитуды на управляющие входы соответстве1П1о ключей 2 1 -1 , . . . , 2 1 -1, i-1 ) , объединенные с соответствующими входами инвер- го)ов 23-1 , , . . , 23-( i-1 ) . В результа-

те инверторы 23-1 , . . . , 23-( i-О оказываются закрьггыми и на их входах напряжения будут равны нулю. Инверторы 23-i, . . . ,23-1, in-1 ,) открыты и напряжения с выходов сумматоров соот-

5 ветственно 20-1,. . . , 20-(ir.-О поступают на соответствующие входы су мато- ра 22. На выходе каждого (20-i)-ro суммсчтора согласно выражению (З), образуется оценка ,. Средняя оцен50 ка Я-, будет несмещенной и эффективной, если выполняется равенство

30

т-1 V л,

П-1-1 - 1

Выражение 1,4,1 можно представить в виде

Из выражения (5) видно, что коррекция несмещенно и эффективной оценки логарифма л, заключается в автоматическом выборе числа m-1-i, которое определяет число каскадов, даюпучх на выходе несмещенную оценку матема- тическог о ожидания СНС. Это число получаем на выходе сумматора 24. Для рассматриваемого случая на входы инверторов 23-1,...,23-(i-1) поступают сигналы единичной амплитуды с выходов соответствуюгцих пороговых элементов с первого по (1-1)-й основного уст-

ройства. На входы инверторов 23-i,.., 15 группы, выход которого соединен- с 23-(m-l) поступают сигналы нулевой амплитуды с выходов соответствующих пороговых элементов с i-го по (тп-П-й основного устройства. Соответственно на выходах инверторов 23-1,.,.,23-2о (i-l) имеем нули, на выходах инверторов 23-i,...,23-(т-1) получаем сигналы единичной амплитуды. Тогда на выходе сумматора 24 сумма сигналов единичной амплитуды равна m-1-i. 25 В тех случаях, когда сумма оценок

„(.

L. отрицательна, необходимо ее i«1 инвертировать в инверторе 29.и этом

случае оценку (5 1 получаем на выходе вычитателя 27.

Таким образом, в предлагаемом устройстве производится адаптивная корреляция оценки показателя скорости изменения функции среднего значения случайног о нестационарного сигнала.

Формула изобретения

Устройство усреднения по авт.св. № 1140434, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возмож юсти адаптивной оценки показателя скорости изменения среднего значения, в него введены т+ дополнительных вычитателей, т-1 ключей н т-1 групп по п ключей (п - число отсчетов среднего значения на интервале анализа, натуральное число), т-1 групп из п элементов памяти.

30

35

40

45

ВО

соответствуюпд1м входом i-го п-входе вого сумматора, выход которого соед нен с информационным входом 1-го кл ча, выход которого соединен с соответствующим входом первого (т-1)-вх дового сумматора, управляющий вход 1-го ключа соединен с входом i-ro инвертора и выходом i-ro порогового элемента, выход i-ro инвертора соединен с соответствующим входом второго (т-1)-входового сумматора, выход которого через первый блок логарифмирования соединен с входами вычитаемого т-го и (m+l)-ro вычитателей, выходы т-го и (т+1)-го вычи- тателей являются соответственно выходами оценки показателя скорости возрастания и убывания среднего уст ройства, выход первого (т-1)-входов го сумматора соединен через второй блок логарифмирования с входом умен шаемого т-го вычитателя и через т-и инвертор - с входом третьего блока логарифмирования,- выход которого соединен с входом уменьшаемого (т+ +1)-гО вычитателя, выход (i+J-l)-ro (,2,,..,n) элемента задержки сое динен с управляющим входом j-ro клю ча i-й группы, вход (i-t-j-l)-ro элемента задержки, кроме первого, соединен с выходом предыдущего элемент задержки, вход первого элемента задержки соединен с выходом генератор тактовых импульсов и входами разреш ния считывания каждого порогового элемента и каждого элемента памяти группы.

m-l п-входовых сумматоров, два (т- -1)-входовых сумматора, m инверторов, три блока логарифмирования, генератор тактовых импульсов, n+m-2 элементов задержки, причем выходы i-го (,2,...,т-1) и (i+l)-ro сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами i-ro дополнительного вычитателя, выход которого соединен с информационными входами ключей i-й группы, выходы каждого из которых соединены с информационным входом соответствующего элемента памяти i-й

группы, выход которого соединен- с

соответствуюпд1м входом i-го п-входе- вого сумматора, выход которого соединен с информационным входом 1-го ключа, выход которого соединен с соответствующим входом первого (т-1)-вхо- дового сумматора, управляющий вход 1-го ключа соединен с входом i-ro инвертора и выходом i-ro порогового элемента, выход i-ro инвертора соединен с соответствующим входом второго (т-1)-входового сумматора, выход которого через первый блок логарифмирования соединен с входами вычитаемого т-го и (m+l)-ro вычитателей, выходы т-го и (т+1)-го вычи- тателей являются соответственно выходами оценки показателя скорости возрастания и убывания среднего устройства, выход первого (т-1)-входово- го сумматора соединен через второй блок логарифмирования с входом уменьшаемого т-го вычитателя и через т-и инвертор - с входом третьего блока логарифмирования,- выход которого соединен с входом уменьшаемого (т+ +1)-гО вычитателя, выход (i+J-l)-ro (,2,,..,n) элемента задержки соединен с управляющим входом j-ro ключа i-й группы, вход (i-t-j-l)-ro элемента задержки, кроме первого, соединен с выходом предыдущего элемента задержки, вход первого элемента задержки соединен с выходом генератора тактовых импульсов и входами разрешения считывания каждого порогового элемента и каждого элемента памяти группы.

Изобретение относится к вычис лительной технике и предназначено для оценки параметров случайных нестационарных- сигналов (сне). Цель изобретения состоит в расширении функциональных возможностей за счет адаптивной оценки показателя скорости изменения среднего значения. Устройство содержит интеграторы 1, 4, 9, элементы задержки 2, 5, 7, 10, 13, вычитатели 3, 8, 14, 17, 26, 27, сумматоры 6, П, 12, 20, 22, 24, по- poroBbrii элемент 16, элементы памяти 19, ключи 21, инверторы 23, 29, блоки 25, 30 логарифмирования, генератор 31 тактовых импульсов. Показатель скорости изменения математического ожидания является коэффициентом при первой степени полинома, описывающего функцию среднего значения. Работа устройства заключается в автоматическом адаптивном выборе числа каскадов, даюгщх на выходе несмел1ен- ную оценку среднего значения. I ил. (Л та-|---нд ij - L j П frn R я П |-р}|т|- т| 01НL.J L. со 4;u 00 00 Oi ro fNJ