Устройство для вычисления нормированных статистических моментов случайных процессов Советский патент 1988 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании и классификации случайных процессов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет определения диапазона измерения интенсивности входного сигнала и фиксирование наличия импульсных помех.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, на фиг. 2-8 - примеры схемной реализации блока детекторов, блока срав нения, блока задания порогов, блока микропрограммного управления, блока формирования оперативных данных, генератора тактовых импульсов и блока формирования адреса соответственно; на фиг. 9 - укрупненная блок-схема алгоритма определения динамического диапазона и наличия импульсной помехи; на фиг. 10 - формат записи информации в блоке памяти; на фиг. 11 - блок-схема алгоритма работы блока микропрограммного управления.

Устройство содержит центрирующий фильтр 1, блок 2 определения моментов, интегратор 3, блок 4 умножения, квадратор 5, блок 6 усреднения, коммутатор 7, блок 8 переключения постоянной времени интегрирования, блок 9 детекторов, коммутатор 10, преобразователь 11 напряжение - код, узел 12 сравнения, блок 13 задания порогов, блок 14 памяти, блок 15 формирования адреса, генератор 16 тактовых импульсов, блок 17 формирования оперативных данных, блок 18 микропрограммного управления.

Блок 9 детекторов содержит инвертор 19, детекторы 20 и 21. Узел 12 сравнения содержит группы элементов ИЛИ 22 и 23, группы элементов И 24-27, элемент НЕ 28, блок 29 сравнения, регистры 30 и 31, группы элементов ИЛИ 32 и 33.

Блок 13 задания порогов содержит группу элементов ИЛИ 34, группы элементов И 35-37, группы коммутирующих элементов 38-40. Блок 18 микропрограммного управления содержит накопитель 41, дешифратор 42, регистр 43, элемент 44 задержки элемент ИЛИ 45, элементы И 46-49, элемент 50 задержки, триггеры 51-54, элементы И 55-58, элемент НЕ 59, триггеры 60-63, элемент ИЛИ 64. Блок 17 формирования оперативных данных содержит элементы ИЛИ 65, 66, блок элементов ИЛИ 67, элемент И 68, элемент НЕ 69, блок элементов И 70, счетчик 71, элемент И 72, блоки элементов И 73 и 74, счетчик 75, триггер 76, элемент И 77, элемент 78 задержки, блок элементов И 79, триггер 80, регистр 81, блок элементов И 82, элем-ент 83 задержки, блок элементов И 84, триггер 85, регистр 86, блок элементов И 87, элемент НЕ 88. Генератор 16 тактовых импульсов содержит задающий гене

5

5

с

0

5

0

5

0

5

0

ратор 89, элемент И 90, триггер 91, одновибраторы 92 и 93, коммутирующие элементы 94 и 95.

Блок 15 формирования адреса содержит счетчик 96,блок элементов ИЛИ 97.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал, поступающий на вход устройства, проходит через центрирующий фильтр 1 и перемножается в блоке 4 умножения с нормирующим коэффициентом усиления, вырабатываемым на выходе интегратора 3. Нормированный сигнал и его квадрирован- ное значение, получае.мое на выходе квадратора 5, поступают в блок 2 определения моментов, где вычисляются необходимые статистические моменты случайного процесса. Одновременно с этим сигнал с выхода квадратора 5 усредняется в блоке 6. Полученный сигнал (Z) поступает на первый вход коммутатора 7, на второй вход которого поступает сигнал опорного напряжения (Zo). Эти сигналы сравниваются по величине и при на выходе коммутатора проходит прямой сигнал с выхода интегратора 3, а при - инверсный. С выхода коммутатора 7 сигнал поступает на первый вход блока 8 переключения постоянной времени интегрирования, в то время как на второй и третий входы блока 8 поступают соответственно сигналы Z и Zo. Проходя через блок 8, сигнал интегрируется на интеграторе 3 с постоянной времени, величина которой автоматически устанавливается в соответствии с выбранной зависимостью от текущей интенсивности нормируемого сигнала.

Одновременно с процессами нормирования и вычисления статистических моментов нормированного сигнала происходит определение диапазона изменения интенсивности входного сигнала на всем анализируемом участке (интервале) обработки, выявление и фиксирование выбросов интенсивности входного сигнала, которые можно классифицировать в качестве импульсных помех. С этой целью текущее значение нормирующего коэффициента усиления Кс в виде сигнала с выхода интегратора 3 через коммутатор 10 и преобразователь II напряжение - код после преобразования подается на блок 12 сравнения, где осуществляется сравнение его величины с наиболь- щим Кмаксг 1 И наименьшим Кмин1-1 За предыдущий цикл обработки его значениями, хранящимися в блоке 17 формирований оперативных данных. В тех случаях, когда ..| ИЛИ ,1 происходит изменение хранящегося наибольщего или наименьшего значения К с одновременной фиксацией с помощью генератора тактовых импульсов соответствующего им времени отсчета t. В противном случае оперативная информация не изменяется. По окончании процесса обработки

определенные значения Кмакс, KW«« и соответствующие им моменты времени записываются в блок 14 памяти.

Одновременно с этим производная от текущего значения нормирующего коэффи-

циента усиления

dKi. d

в виде сигнала со

входа интегратора 3 поступает на вход блока 9 детекторов, через первый выход которого проходит положительная производная (da), а через второй - отрицательная, но с инвертированным знаком (di). Текущее значение производной со своим знаком проходит через коммутатор 10, преобразователь 11 напряжение - код и пос- тупает на блок 12 сравнения, где осуществляется сравнение ее величины с порогом, выдаваемым блоком 13. Увеличение интенсивности входного сигнала сопровождается уменьшением нормирующего коэффициента усиления - появлением сигнала d|. При резком увеличении интенсивности, связанном с появлением выброса, величина di превзойдет заданный порог П. Однако для того, чтобы классифицировать этот выброс как импульсную помеху осуществ- ляется проверка выполнения еще двух условий: уменьшение интенсивности должно произойти также достаточно резко, чтобы величина AZ превзошла заданный порог П2; интервал времени между началом () и концом () не должен превышать третьего порога ПзВсе указанные операции выполняются помимо перечисленных с помощью блока 17 формирования оперативных данных, генератора 16 тактовых импульсов при обеспе- чении функционирования всего устройства блоком 18 микропрограммного управления. Запись полученных результатов и их считывание осуществляются с помощью блока 14 памяти и блока 15 формирования адреса.

Функционирование устройства обеспечивается по принципу микропрограммного управления. Заложенный в накопителе 41 набор микрокоманд осуществляет синхронизацию входящих в устройство блоков и выполнение алгоритма микропрограммы (фиг. 9).

Устройство работает циклически, с частотой, определяемой периодом тактовых импульсов (следующих из блока 16). Цикл начинается опросом величины «К (вход 1 блока 10) и сравнением принятого значения Ki с максимальным и минимальным значениями этой величины, установленными на предыдущем цикле. Наибольшее и наименьшее значения (на момент «i) запоминаются, т. е. происходит формирование величин Кмак,- и К«ц«1- Моменты времени, соот.ветствующие приему экстремальных значений величины «К, фиксируются. Далее

0

5 5 0

5 Q

5

0

производится проверка на превышение величиной di (вход 2 блока 10) порогового значения fli (т. е. начало «выброса сигнала) на предыдущих циклах работы устройства. Выполнение условий и определяет ту или иную ветвь микропрограммы и формирование в блоке памяти результатов анализа (т. е. локализации и характеристики «выброса). Формат записи информации в блок памяти 14 иллюстрируется фиг. 10. Здесь в первые четыре ячейки (фиксированные адреса ФА1, ФА2, ФАЗ, ФА4) записаны максимальное и минимальное значения величины «К и моменты времени, соответствующие этим значениям. В каждые три последующие ячейки памяти записываются значения ti,-, t2i и Д, вычисляемые по формулам

(d,n,);(1)

();(2)

при t2-11 Пз;

10при12-1,Пз. (3)

Таким образом по истечении интервала наблюдений в блоке памяти будут сформированы абсолютные значения максимума и минимума величины «К, время их регистрации, а также информация о наличии «выбросов в виде ряда трехсловных элементов, представляющих собой коды временных отсчетов, сформированных сиг- ласно (I) и (2) и код бинарной величины Д, определяемой выражением (3).

Коммутатор 10 представляет собой набор элекронных (транзисторных) управляемый ключей с общим выходом. Имеются серийные блоки аналоговых коммутаторов, в том числе в интегральном исполнении.

Преобразование величин К, di и ds в цифровой код осуществляется с помощью преобразователя 11 напряжение - код, в качестве которого может быть использован, например, аналого-цифровой преобразователь с параллельным кодированием.

В блоке 12 сравнения производится поиск экстремальных значений величины «К, сравнение величин di, d2 и Д1 с порогами и выдача результата сравнения в блоки 17 и 18. Коды сравниваемых величин через блоки 32 и 33 ИЛИ заносятся в регистры 30 и 31, откуда через входы поступают на блок 29 сравнения.

Коды, соответствующие величинам П1, П2 и ПЗ, формируются в блоке 13 задания порогов с помощью групп коммутирующих элементов 38, 39 и 40. Строби- рующим сигналом по первому, второму или третьему входу блока 12 производится опрос соответствующей группы элементов И (35, 36 или 37). Затем через группу элементов 34 код выбранного порогового значения поступает на выход блока 13 и далее, в блок 12 сравнения.

В блоке 17 формирования оперативных данных хранятся и выдаются в блок 14

5 13851316

памяти значения максимума -и минимумавание величины Кмакс,| из регистра 81

величины «К и значения величин ti, tzв регистр 30 и стробирование узла 29

и А. Значение величины «К заноситсясравнения. При этом наибольшее значение

в регистры 81 и 86, откуда по сигналувеличины «К - из регистров 30 и 31 чеопроса через элементы 67 поступают на ши- элементы 22 и 82 заносится в рену «Данные. Счет времени осуществляетсягистр 81. Появление управляющих сигналов

счетчиком 71, выходной код с которо-на выходах блока 18 обеспечивает сравго по сигналу «Опрос Т (выход 7 бло-нение принятого значения величины «К в

ка 18) через блок элементов И 70 ирегистре 31 со значением величины Кмин,

блок элементв ИЛИ 67 поступает на выход(из регистра 86). При этом новое значеблока 17. В том же блоке обеспечи- ние минимума величины «К через элеменвается вычисление величины At t2-ti, дляты 23 и 87 заносится в регистр 86.

чего с помощью управляющего триггераПо управляющему сигналу с выхода

76 и элемента И 72 включается и бло-накопителя 41 производится формирование

кируется прохождение тактовых импульсоврежима БМПУ, в котором к этому -врев сметчик 75. Включение происходит по ус- мени на триггерах 51 и 52 фиксируетловью , блокировка по условиюся факт выхода величины «К за предеd2 n2. Значение величины At поступаетлы экстремальных значений в предыдущем

по сигналу опроса через блок элементовцикле. Выходные сигналы с элементов 46

И 73 на выход блока 17 в блок 12 срав-и 47 заносятся в п+1 и п+2 разрянения. Превышение величиной At допусти-ды регистра 43, обеспечивая ветвление алмого значения фиксируется элементом И 74,20 горитма микропрограммы

выходной сигнал с которой через выход 5При К К«акс появление управляющих

блока 17 поступает на БМПУ.сигналов на выходах блока 18 обеспечивает

Формирование последовательности уп-запись максимума величины «К по адресу равляющих сигналов, обеспечивающих взаи-ФА1 в блок 14 памяти. При этом строб модействие блоков устройства и выполне-записи формируется элементом 65 ИЛИ, ние заданного алгоритма обеспечивается адрес считывается с тринадцатых выходов блоком 18 микропрограммного управления.накопителя 41 и через элементы 97 пос- Адрес очередной микрокоманды находится натупают в блок памяти, а величика К „ахс из ре- регистре 43. По запросу через элемент 45гистра 81 через элементы 79 И и 76 ИЛИ с помощью дещифратора 42 из накопите-поступает на вход блока 14. При ля 4 считывается код, разряды которого Q управляющие сигналы появляются на выхо- со второго по четырнадцатый являются вы-дах блока 18, обеспечивая запись в блок ходами блока 18, а разряды с один -памяти по адресу ФАЗ величины прим до один-эн служат для установкииз регистра 86 через блок элементов 84 И fioBoro номера микрокоманды в регистреи 67 ИЛИ.

43. Входы разрядов (n-fl) по (п+4) ре-Последующее появление управляющих

1 истра 43 служат для осуществления пе-о сигналов на выходах блока 18 проводит

реходов внутри микропрограммы, опреде-запись в блок памяти значений момен.1яемых выходными сигналами блоков 12тов времени событий . |акс по адресу

сравнения и формирования оператив-ФА2 или по адресу ФА4. Значеf bix данных 17.ния времени в виде кода поступают в блок

Превышение порога величиной di вызы-памяти из счетчика 71 блоки элевает начало записи трехсловного элемен-40 ментов 70 И и 67 ИЛИ (в сопровожта в блок памяти, переход на другую ветвьдении кода адреса и сигнала «Зап. с вымикропрограммы и возврат к началу цикла.хода блока 17).

Вторая ветвь микропрограммы обеспечиваетДальнейший порядок генерации управсравнение величины d., с порогом П2, завер-ляющих сигналов определяется состоянием

щение записи трехсловного элемента в па-дг триггера 53. При нулевом его состоянии

мять и возврат к началу цикла.(т. е. факта превышения величиной di порога П1 на предыдущем цикле не было)

На фиг. 11 представлена последователь-появление управляющего сигнала с выхода ность выдачи блоком 18 управляющихблока 18 производит выбор второго кана- сигналов, обеспечивающих выполнение за-ла в коммутаторе 10 и занесение кода веданного алгоритма. Выдача управляющих50 личины П1, установленного на коммути- сигналов блоком 18 инициируется установ-рующих элементах 39, через элементы 34 кой в единичное состояние триггера 91ИЛИ на регистр 30 блока сравнения, при нажатии кнопки «Пуск в блоке 16.По сигналу с выхода блока 18 произ- Сигналом с первого выхода блока 18водится опрос узла 29 сравнения. Резуль- производится выбор первого канала комму-тат сравнения с выхода блока 12 следует татора (подготовка опроса величины «К).55 на вход блока 18 и по сигналу с вы- Появление управляющих сигналов на выхо-хода накопителя 41 фиксируется в регист- дах блока 18 осуществляет опрос ПНК сре 43. Если событие имело место приемом результата в регистр 31, считы-(триггер 53 установлен в единицу) вырабатывается сигнал по шине блока 18, в блоке памяти происходит запись момента времени ti,, чем и заканчивается очередной рабочий цикл устройства.

Факт превышения величиной di порога П1 фиксируется триггером 53, и в следующем рабочем цикле посде проверки необходимости коррекции величин Кмакс и Кмин по сигналу с выхода блока 18 происходит выбор третьего канала коммутатора и перезапись величины П2 из блока 13 в регистр 30 блока 12. После опроса ПНК код величины d2 заносится на регистр 31. По управляющему сигналу с выхода блока 18 происходит опрос узла 29 срав- нения, и результат сравнения с выхода блока 12 поступает на вход блока 18. Состояние триггера 54 определяет дальнейший порядок следования микрокоманд. При нулевом его состоянии цикл заканчивается, а при единичном - происходит запись в блок памяти кода момента времени ta/. По управляющим сигналам с выходов блока 18 происходит засылка в блок сравнения величины ПЗ (в регистр 30) и величины At из счетчика 75 (в регистр 31). Результат сравнения сигналом с выхода блока 18 через элемент 77 И и блок элементов 67 ИЛИ в сопровождении строба записи записывается в блок памяти. На этом заканчивается формирование

f, f,

в блоке памяти очередного трехслойного элемента.

Формула изобретения

1. Устройство для вычисления нормированных статистических моментов случайных процессов по авт. св. № 112036/, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения диапазона изменения интенсивности входного сигнала, в него введены блок детекторов, преобразователь напряжение - код, узел сравнения, блок задания порогов, коммутатор, блок памяти, счетчики, элементы ИЛИ, генератор тактовых импульсов, триггеры, регистры, два блока элементов ИЛИ, шесть блоков элементов И, элементы НЕ, элементы задержки, блок микропрограммного управления, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом блока микропрограммного управления, первым входом первого элемента И и счетным входом первого счет- чика, разрядные выходы которого подключены к первой группе входов первого блока элементов И, вторая группа входов которого объединена с первым входом второго элемента И и первым входом перво- го элемента ИЛИ, и соединены с первым выходом опроса блока микропрограммного управления, второй выход опроса которого подключен к входу установки в «1 первого триггера, к первым группам второго блока элементов И и через первый элемент задержки - к входу установки в «О первого триггера, прямой выход которого соединен с первой группой входов третьего блока элементов И, вторая группа входов которого подключена к первому информационному выходу узла сравнения, второй информационный выход которого соединен с первой группой входов четвертого блока элементов И, вторая группа входов которого подключена к прямому входу второго триггера, вход установки в «1 которого соединен с первой группой входов пятого блока элементов И и через второй элемент задержки - с входом установки в «О второго триггера и соединен с третьим выходом опроса блока микропрограммного управления, выходы элементов И четвертого блока подключены к информационным входам первого регистра, разрядные выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы входов пятого блока элементов И, выход первого блока элементов И подключен к первой группе входов первого блока элементов ИЛИ, вторая группа входов которого соединена с выходом третьего элемента И, первая и вторая группы входов которого соответственно подключены к входу первого элемента НЕ и к первому выходу записи блока микропрограммного управления, который также соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход которого объединен через второй элемент НЕ с третьим входом первого элемента ИЛИ и соединен с первым выходом записи адреса блока микропрограммного управления, четвертый выход опроса которого подклю ен к первой группе входов шестого блока элементов И, вторые входы которого соединены с соответствующими разрядными выходами второго счетчика и с одноименными входами четвертого элемента И, счетный вход вто- - рого счетчика подключен к выходу первого элемента И, второй вход которого соединен с. прямым выходом третьего триггера, вход установки в «1 которого подключен к выходу превышения первого порога блока микропрограммного управления, выход превышения второго порога которого соединен с входом установки в «О третьего триггера, выходы третьего блока элементов И подключены к информационным входам второго регистра, выход которого соединен с третьей группой входов первого блока элементов ИЛИ, четвертая группа входов которого подключена к выходу пятого блока элементов И, вход первого элемента НЕ соединен с выходом больше узла сравнения, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу управления записью блока памяти, выход второго элемента ИЛИ соединен со счетным входом третьего счетчика, выход шестого блока элементов И подключен к первому информационному входу узла сравнения, первый информационный вход блока микропрограммного управления соединен с выходом четвертого элемента И, выход первого блока элементов ИЛИ соединен с информационным входом блока памяти и вторым информационным входом узла сравнения, адресный выход блока микропрограммного управления подключен к первой группе входов второго блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с адресным входом блока памяти, выход которого является выходом устройства, пятый и шестой выходы опроса блока микропрограммного управления подключены к первому и второму входам считывания блока задания порогов и к первому и второму управляюш,им входам коммутатора, третий управляюший вход которого соединен с выходом «Выбор канала блока микропрограммного управления, седьмой выход опроса которого подключен к третьему входу считывания блока задания порогов, выход которого соединен с вторым информационным входом блока сравнения, тактовый вход которого подключен к восьмому выходу опроса блока микропрограммного управления, девятый выход опроса которого соединен с тактовым входом преобразователя напряжение - код, выход которого подключен к третьему информационному входу блока сравнения, вход преобразователя напряжение - код соединен с выходом коммутатора, первый, второй и третий информационные входы которого подключены соответственно к выходу интегратора и к прямому и инверсному выходам блока детекторов, вход которого соединен с выходом блока переключения постоянной времени интегрирования, выход третьего счетчика подключен к второй группе входов второго блока элементов ИЛИ, третьи входы которых подключены к входу задания адресной константы устройства.

тактовый вход устройства соединен с входом управления записью блока памяти.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сравнения содержит четыре группы элементов ИЛИ, два регистра, узел сравнения, группу элементов НЕ, четыре группы элементов И, первые входы элементов ИЛИ первой группы являются первой группой информационных входов блока сравнения, вторая группа информационных входов которого соединена с вторыми входами элементов ИЛИ первой группы,, выходы которых подключены к разрядным входам первого регистра, выход которого соединен с первым информационным

5 входом узла сравнения и первыми входами элементов И первой и второй групп, вторые входы которых объединены с первыми входами элементов И третьей и четвертой групп и с тактовым входом узла сравнения и подключены к тактовым входом блока сравнения, второй информационный вход узла сравнения объединен с вторыми входами элементов И четвертой группы и вторыми входами элементов И третьей группы и соединен с разрядными выходами второго

5 регистра, разрядные входы которого подключены к выходам элементов ИЛИ второй группы, первые и вторые входы элементов ИЛИ которой являются третьей и четвертой информационными группами входов блока, третьи входы элементов И второй и треть0 ей групп соединены с выходом группы элементов НЕ, входы которой объединены с третьими входами элементов И первой и четвертой групп и подключены к выходу узла сравнения, который является выходом «Больше блока, выходы элементов И пер5 вой и третьей групп соединены с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ третьей группы соответственно, выходы которого являются первыми информационными выходами блока, выходы элементов И

Q второй и четвертой групп подключены к первым и вторым входам элементов ИЛИ четвертой группы, выходы которой являются вторыми выходами блока.

Изобретение может быть использовано при исследовании и классификации случайных процессов, в том числе нестационарных, зашумленных импульсными помехами. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет определения диапазона изменения интенсивности входного сигнала и фиксирования импульсных помех. Цель достигается благодаря тому, что одновременно с процессами нормирования и вычисления с помощью блока 9 детекторов, коммутатора 10, преобразователя 11 напря} ё- ние - код, блока 12 сравнения, бло ка 13 задания порогов, блока 14 памяти, блока 15 формирования адреса, генератора 16 тактовых импульсов, блока 17 формирования оперативных данных и блока 18 микропрограммного управления в результате обработки сигналов со входа и выхода интегратора 3 производится определение диапазона изменения интенсивности входного сигнала на всем интервале обработки, выявление и фиксирование импульсных помех. 1 з.п. ф-лы, 11 ил. О S (Л со 00 ел 00 Una. в ход , cvumb S. Инфодн. SUMS NJ SxaS

Фиг. г

/70ХС

Порогиi MltH

anc

Фиг. .

Фиг,

d, flfg

Фиъ.5

Зал. +i

Зап.ФД Опрос

от ГТИ

San.L

Onpocn t

Опрос

Ф Ф

85

t jioHHtie

8

Г

86

V

Фиг.6

Фиг. 7

М

9В

Фиг. 8

/V /

JlgpBCHbiu Вход

2 Вход (риксиробаннь/л адресаб

( 3

нет шдльс из BAIL jcmb

Опрос 8e UQUH6i,i. Форпиробание признака результата

нет

Фармир, призн.и BbiSpot

Запись бремвни

Останов

нет

Опрос Величины dZ

Опрос 6ejii/WH6f At

нет

С5рос призн.„Вб/5рос

Запись Времени

нет

Зап. L / I

Фиг. 9

( Начало

нет

,. Bbiffop пероого ка- f нала Влака Ю

.Опрос пик Запись кода в Рг 31

Опрос КмачсН из Pr&i

Выдача Фй1

Опрос Кцд.К( i

Опросу зла сраВн. 29 Залис1 Kfwui 8n-8S

CmpoS Запись

BiriSop Второго кона- ЯП Sasfa Ю. , „ Опрос т из бюка 13

II

0npoc узла cpaff.29 5 Опрос узласрав. 29 5

1Г 7

нет

нет

йыдача ФйЗ

К

Опрос KnuHi

CmpoS ,3апись

I Sawcii Газ Сч71 I 7

0npoc ПЗ из S/1.13 6

I Опрос tit из Сч 7S 10

Опрос i/3aacpaffn 29} 5 Г

Запись 8аичиныЛ 11

да