Устройство для оценки достоверности результатов измерений Советский патент 1988 года по МПК G08C25/00 

сл

4

4i

сива данных, блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального числа, блок 4 записи и хранения ранжированных значений, буферный регистр 5, делитель частоты 6, блоки 7 -Т лОпределе ния разности, блоки .. умножения, блоки 9 -94крегистров, блок 10 элементов ИЛИ, накапливающий сумматор II, генератор импульсов 12. Устройство производит оценку среднеквадрати- ческого отклонения (СКО) и дисперсии входных измерительных значений массива по следующим алгоритмам оцениваT/f

N-1

1.(,-. Y(,-,- i-й элемент вари- ационйого ряда Y(,i Y (ц... Y,, построенного по выборке данных у , k 1,...,N; N - объем статистической выборки. Особенностью устройства является то, что при совместной работе блоков 2 и 4 из последующих вычислений исключаются повторяющиеся значения Y массива данных, что повьшает быстродействие устройства. Устройство позволяет осуществлять корректировку объема выборки, ранжированных значений, что позволяет исключить влияние на оценку СКО аномальных измерений за счет отбрасывания крайних членов вариационного ряда. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для верификации и предварительной обработки измерительной информации. Цель изобретения - повышение точности работы устройства. Устройство содержит блок 1 ввода и хранения мае

1

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для верификаций и предварительной обработки измерительной информации.

Цель изобретения - повьшение точности устройства за счет того, что в устройстве оценки среднеквадратичес- кого отклонения и дисперсии определяются по следующим алгоритмам оце- нивания:

W

14-1

Ь - - -

в„гЧ,

где Y(., - i-й элемент вариационного ряда Y(oiY.(,i...Y(p построенного по выборке данны

Y N

1 ц. J л- 1 , . . . , 14 ,

N - объем статистической выбор- : . ки .

На фиг. 1-4, 6 приведены структурные схемы устройства и его блоков; на фиг. 5 - диаграмма работы узла определения максимального значения.

Устройство содержит блок 1 ввода и хранения массива данных, блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального значения, блок 4 записи и хранения ранжированных значений массива, буферный регистр 5, делитель 6 частоты блоки 7-, ,7, . ..,7..определения раз

5

0

5

0

ности, блоки 8, ,8 2, , . . ,,,,, 5 ноже- ния, регистры 9 , , s9.,, , блок 10 элементов ИЛИ, накапливающий сумматор 11, генератор 12 импульсов и связи 13-23.

Блок 1 ввода и хранения массива данных (фиг. 2) содержит элементы И 24, регистры 25, элементы ИЛИ 26, элементы ЗАПРЕТ 27, триггеры 28 и ячейки 29 памяти. На фиг. 3 приведена функциональная схема последующей части устройства, включающая блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального значения, блок 4 записи и хранения ранжированных Значений массива, буфер- ньй регистр 5, регистры 30 и 31, элементы 32 и 33 сравнения, формирователи 34 и 35 импульсов, элементы 36 и 37 задержки, элементы 38 и 39 ЗАПРЕТ элементы 40 и 41 задержки, элементы ИЛИ 42 и 43, счетчик 44, ячейки 45 записи и узлы 46 определения максимального значения.

Узел 46 определения максимального значения (фиг. 4) состоит из элементов 47 и 48 задержки, триггеров 49 и 50 элементов И 5 и 52, элементов НЕ 53 и 54, элементов И. 55 и 56, элементов ЗАПРЕТ 57 и 38, элементов ИЛИ 59, 60, 61, элементов И 62, 63, элемента ИЛИ 64, связи 65, 66, 67, 68.

14

Блок А записи и хранения ранжированных значений содержит (фиг. 6) ячейки памяти 69, элементы И 70, регистры 71, элементы ИЛИ 72, элементы ЗАПРЕТ 73, триггеры 74, дешифраторы 75, элементы ИЛИ 76, регистры 77, элемент ЗАПРЕТ 78 и элемент ИЛИ 79.

Устройство работает следующим образом.

Значения УЗ случайного процесса y(t), представленные п-разрядным параллельным двоичным кодом, поступают по связям 14 на вход первого блока 1 ввода и хранения массива данных (фиг. 1 и 2) и заносятся последовательно в регистры 25 до тех пор, пока не будет записан весь массив данных, равный установленному объему статистической выборки. Произво дится это следующим образом. При поступлении первого числа устанавливается через элемент ИЛИ 2()и открытый элемент ЗАПРЕТ 27,триггер 28,в состояние с высоким потенци- алом на выходе, вследствие чего от- крьшается элемент И 24, и первое значение процесса Y , заносится в регистр 25 1.

Поскольку в кодовой комбинации, представляющей число, отличное от нуля, содержится хотя бы один символ 1, то при занесении значения случайного процесса У, в регистр 25 появится импульс на выходе элемента ИЛИ 26,. Этим импульсом будет возвращен в исходное состояние с низким потенциалом на выходе триггер 28 и установлен в состояние с высоким .. потенциалом на выходе следующий триг гер 28 1. При этом второе поступившее значение У-2. будет занесено во второй регистр 25 2, Процессы последующего занесения в регистры 25j, 25,..., 25 4.К значений У,У4. Д аналогичны рассмотренным. После того как в блоке 1 ввода и хранения массива данных будет накоплен необходимый объем статистической выборки N, задним фронтом первого поступив- щего импульса синхронизации по.связи 23 занесенные в регистры 25 числа будут переписаны в регистры 30 и 3J блока 2 хранения и распределения массива данных (фиг. 3), а регистры 25 будут освобождены для записи новой статистической выборки. При этом запись в буферном регистре 5 (фиг. 1 и 3) стерта, поэтому на выходах эле

ментов 32 и 33 сравнения и на выходах формирователей 34 и 35 импульсов не будут сформированы- сигналы совпадения значений, записанных в регистрах 30 и 31 и буферном регистре 5. Элементы ЗАПРЕТ 38 и 49 будут открыты и записанные в регистрах 30, 31 значения статистической выборки, представленные параллельным п-разрядным потенциальным двоичным кодом, где символу 1 соответствует высокий потенциал, а символу О - низкий (фиг. 5, 17, 18), будут поданы на соответствующие входы узлов 46 определения макси1 ального значения блока 3, выполненных аналогично друг другу

Узел 46 определения максимального числа работает следующим образом.

Поступающие на его входы по связям 17 и 18 двоичные числа запоминаются поразрядно при помощи триггеров 49 и 50 и подвергаются сравнению.При этом символу 1 соответствует высокий потенциал на выходе триггера, а символу О - низкий. Такое состояние триггеров сохраняется до прихода с вькода делителя 6 частоты на сбрасывающие входы триггеров 49 и 50 очередного синхронизирующего импульса по связи 13 управления.

Формируемые таким образом импульсные комбинации сравниваемых чисел (фиг. 5, 17, 18) инвертируются элементами НЕ 53 и 54 и поступают на соответствующие элементы И 51 и 52. Реализуется принятое в данном устройстве логическое правило сравнения чисел: из сравниваемых двоичных чисел то максимальное, у которого символ 1 в более старшем разряде, т.е. на выходе элемента И 51ц (фиг. 5, 65) появится импульс, если в старщем разряде первого числа символ 1, и в аналогичном старшем разряде второго числа (фиг. 5, 66) символ О. На фиг. 5 кодовые комбинации первых чисел изображены сплошными линиями, а комбинации двоичных сигналов вторых чисел - пунктирными. По аналогии, если в первом старшем разряде первого числа О, а в соответствующем разряде второго числа 1, как это имеет место в третьей паре сравниваемых чисел (фиг. 5), то импульс появится на выходе элемента И 52, (фиг, 5, 66,). Если большее число определяется по результатам сравнения старших разрядов, то возникает необходимость исключать результаты сравнения в младших разрядах. С этой целью импульс результата сравнения старших разрядов, сформированный на одном из выхо дов 65 или 66 через соответствующие элементы ИЛИ 55 и 56 запрещает, воздействуя на запрещающий вход элементов ЗАПРЕТ 57 и 58 последующих блоко сравнения, прохождение импульсов ре- зультатов сравнеьшя и более младших разрядах на соответствующие выходы 6 или 66, Для повьщ1ения надежности запрета импульсов результата сравнения запись символов сравниваемых значени в триггеры 49 и 50 более младших разрядов производится с линейно возрастющей задержкой в элементах 47 и 48 задержки, определяемой переходными процессами в элементах И 51 и 52 и элементах НЕ 53 и 54. В результате , этого запрещающий импульс по результатам сравнения в более старшем раз- рядое будет сформирован несколько раньше, чем аналогичньй импульс для более младших разрядов, что будет сп собствовать повьшению надежности работы схемы в целом..

Сформированный импульс результата сравнения (фиг. 5, 65, 66) проходит через соответствующий элемент ИЛИ 60, 61 и открывает один из элементов И 62, 63 для прохождения числа, призванного по результатам сравнения наибольшим, через элемент ИЛИ 64 на выход узла 46.

Если сравниваемые двоичные числа различаются только символами в младшем разряде, то управляющий импульс будет сформирован на выходах элемен- тон ИЛИ 59 о или 59. Сформированный импульс разрешит через элемент ИЛИ 61 считьшание одного из совпавщих чисел через элемент И 63 и элемент ИЛИ 64 на выход узла 46.

Таким образом, на выходах 19 узло 46 определения максимального значения первой очереди сравнения будут выделены из общего массива статистической выборки, равной , 2k наибольших значений, которые поступят в последующие узлы 46 определе- ния максимального значения с по . В результате последу юще- го сравнения будут вьоделены из 2k значений статистической выборки k ее наибольших значений. Сравнение будет производиться до тех пор, пока не будет выделено одно наибольшее

число статистической выборки. Вьще- ленное-число запоминается в буферном регистре 5 и заносится в первый регистр блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива. Заканчивается первый цикл работы блоков 2, 3 и 4.

Записанное буферным регистром 5 наибольшее число сравнивается со значениями, записанными в регистры 30 и 31. Если результат сравнения на выходах элементов 32 и 33 сравнения равен нулю, что имеет место при равестве сравниваемых значений, то на выходе соответствующего формирователя импульсов 34 и 35 будет сформирован импульс. Сформированный импульный сигнал, воздействуя на запрещающий вход соответствующего элемента ЗАПРЕТ 38, 39, исключает участие в последующем сравнении в узлах 46 самого наибольшего числа, выделенного в первом цикле устройства. Этим импульсом, но задержанным соответствующим элементом 36, 37 задержки, вьщеленное в первом цикле работы устройства число стирается в соответствующем регистре 30, 31. Исключение числа при последующем сравнении в узлах 46 эквивалентно его замене числом 00000000 и, следовательно, работа устройства в последующих циклах попарного сравнения чисел не будет иметь отличий от рассмотренной. Одновременно счетчиком 44 будет под- считано количество m совпадений ранжированного значения ,, которое по корректирующим связям 1-п заносится в блок 4 записи и хранения ранжированных значений массива (фиг. 6) и используется в нем для соответствующего изменения в соответствии с количеством повторений порядкового номера регистра записи следующего ражированного, значения. Порядковый номер регистра записи следующего ранжированного значения увеличивается при этом на количество повторений предыдущего ранжированного значения.

Работа блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива (фиг. отличается от работы блока 1 ввода и хранения массива данных тем, что записываемое по связи 19зк,(В регистре 71 ранжированное значение сопровождается занесением в регистр 77 через открытый элемент ЗАПРЕТ 78 соот- ветствзпощего числа его повторений.

14414AI8

Соответствие индексов регистров за- особенность используемого в устройстве ранжирования такова, что из повторяющихся значений р вариационный

5

писи ранжированных значений и числа их повторений обеспечивается в данном устройстве за счет того, что открьта- ется для занесения числа в регистр только тот элемент ЗАПРЕТ 78;, на разрешающем входе которого будет высокий потенциал от соответствующего триггера 74;. А последнее возможно только при занесении в соответствующий регистр 71j очередного ранжированного значения. Записанное в регистр 77-. число, воздействуя через элемент

ряд заносится только первое. Благодаря этому повышается быстродействие устройства, поскольку уже на этапе ранжирования исключаются слагаемые, заведомо равные нулю (.j-Y,,,)0 для Q повторяющихся значений.

Операции сравнения также продолжаются до тех пор, пока в счетчике 44 не будет записано число, равное объему статистической выборки N. При

ИЛИ 76 ; на запрещающий вход элемента is этом счетчик переполняется, обнуляЗАПРЕТ 78;, запрещает повторную за время анализируемой статистической выборки запись числа. Дешифратор 75. обеспечивает коммутацию высокого потенциала триггера 74. на один из его выходов 1,2,3,,.., порядковый номер которого соответствует числу повторений, записанному в регистре 77. . Если записанное ранжированное значение одется и на его выходе будет сфор мирован синхронизирующий импульс, которым будет переписаны из блока 1 ввода и хранения массива данных в 20 блок 2.. хранения и распределения мас сива данньк значения следующей статистической выборки. Одновременно этим же импульсом будут считаны из блока 4 записи и хранения ранжирован

но единственное в статистической вы- 5 ных значений массива ранжированные

борке (число повторений равно 1), то высокий потенциал с выхода триггера 74 будет подан на первый выход дешифратора 75 и откроет очередной

значения Y,;,, ,...,N-m; , где n j - число повторений i-го числ m - общее число повторений в выборк Далее в блоках 7 определения разнос

элемент И для записи следующего 30 ти будут определены разности У -У

(;мГ

ранжированного значения. Если число повторений m р2, то выход триггера 74. будет скоммутирован на второй выход дешифратора 75. При этом для

(;мГ (iiкоторые в блоках умножения будут умножены на весовые коэффициенты (N-i)i хранящиеся.в регистрах 9. Полученные в результате перечисленных операций записи очередного ранжированного зна- 35 значения сводятся в единую последова- чения будет подготовлен регистр 71|.. тельность блоком 10 элементов ИПИ и

суммируются в накапливающем сумматоре 1 1 . Результаты суммирования считываются следующим импульсом, сформи 40

Аналогично, если m.d, то очередное ранжированное значение будет записано в регистр 71;. Одновременно с записью очередного ранжированного значения будут, установлены через элементы И 79 в состояние с низким потенциалом на выходе все предшествующие триггеры 74, что будет способстрованным на выходе счетчика 44, и умножается в блоке 8 4цумножения на коэффициент (N.-l ), храняш 1йся в регистре 9. Полученный результатл представляет собой оценку среднеквадвовать обеспечению защиты записанных 45 ратического отклонения (СКО) значеданных от стирания до накопления в счетчике 44 числа N, равного объему статистической выборки. Работа блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива при записи последующих ранжированных значений и данных о их повторении аналогична рассмотренной. После накопления установленного объема статистической выборки на выходе 23 счетчика 44 будет . сформирован импульс, которым будут считаны данные, записанные в регистрах 71 и 77. Влок 4 будет готов для записи новых значений. Таким образом

ряд заносится только первое. Благодаря этому повышается быстродействие устройства, поскольку уже на этапе ранжирования исключаются слагаемые, заведомо равные нулю (.j-Y,,,)0 для повторяющихся значений.

Операции сравнения также продолжаются до тех пор, пока в счетчике 44 не будет записано число, равное объему статистической выборки N. При

ется и на его выходе будет сформирован синхронизирующий импульс, которым будет переписаны из блока 1 ввода и хранения массива данных в блок 2.. хранения и распределения массива данньк значения следующей статистической выборки. Одновременно этим же импульсом будут считаны из блока 4 записи и хранения ранжированзначения Y,;,, ,...,N-m; , где n j - число повторений i-го числа; m - общее число повторений в выборке. Далее в блоках 7 определения разнос -У

(;мГ (iiут ум (N-i)i ченные раций ледова- ИПИ и

суммируются в накапливающем сумматоре 1 1 . Результаты суммирования считываются следующим импульсом, сформи

рованным на выходе счетчика 44, и умножается в блоке 8 4цумножения на коэффициент (N.-l ), храняш 1йся в регистре 9. Полученный результатл представляет собой оценку среднеквадНИИ случайного процесса.

Учет априорной информации о велк- чинеJE-jf, где Е. - математическое ожидание числа резко отличающихся значеНИИ, например, недостоверных измерений в статистической выборке объема N, округленное до ближайшего целого, может осущестрляться корректировкой объема выборки ранжированных

значений по правилу (m-E), что позволяет полностью исключить влияние на оценку СКО аномальных измерений за счет отбрасывания крайних членов вариационного ряда. Последние как раз

являются экстремальными значениями элементов статистической выборки.

Тем самым оценки СКО и дисперсии, вычисляемые в предлагаемом устройстве приобретают свойство повышенной устойчивости к аномальным данным.

Предлагаемое устройство отличается от известных возможностью редактирования выборки- данных, основу которого составляет усечение экстремальных значений анализируемого случайного процесса, а также использованием особенностей алгоритма вычислений для повьшения быстродействия ранжирования при наличии в статистической выборке повторяющихся значений.

Формула изобретения

блок хранения и распределения массива зо записи и хранения ранжированных зна

данных, блок определения максимального значения, буферный регистр, блок записи и хранения ранжированных значений массива, 4k-1 блоков умножения, 4k регистров, (где - объем статистической выборки), генератор импульсов и делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, п входов блока ввода и хранения информации являются информаци- онными входами устройства, выходы первых и вторых 2k групп блока ввода и хранения информации соединены с одноименными входами соответственно первых 2k групп и вторых 2k гРУпп блока хранения и распределения массива данных, выходы первыгс и вторых 2k групп которого соединены соответственно с одноименными входами первых и вторых 2k групп блока определения

максимального значения, п выходов группы которого соединены с одноименными информационными п входами группы буферного регистра и п входами блока записи и хранения ранжированных значений массива, первая группа выходов которого соединена с первыми входами первого блока определения разности, последующие 4k-2 групп

е,

я I4414A 10

выходов, кроме последней, соединены с первыми входами одноименных блоков определения разности и вторыми входами предыдущих блоков определения разности, а последняя группа выходов соединена с второй группой входов предыдущего блока определения рйз

ности, выходы 4k-1 блока разности соединены с первыми входами одноименных блоков умножения, вторые входы которых соединены с выходами одноименных регистров, выходы блоков умножения через блок элементов ИЛИ соединены с первьм входом накапливающего сумматора, второй вход блока умножения 4k соединен с выходом регистра 4k, выход 4k-ro блока умножения является выходом устройства, (п+1)-й выход блока хранения и распределения массива данных соединен с(п+1)-м входом блока ввода и хранения массива данных, (п+1)-м входом блока записи и хранения ранжированных значений массива и вторым входом накапливающего сумматора, корректирующие выходы группы блока хранения и распределения массива данньпс соединены с одноименными корректирующими входами блока

чений массива, объединенные управляющие входы блока хранения и распредеения массива данных, блока определения максимального значения и буферного регистра соединены с выходом делителя частоты, выходы группы буферного регистра соединены с запрещаници- ми входами блока хранения и распределения массива данных,

2, Устройство по п, 1, отличающееся тем, что, с целью

0

повышения быстродействия устройства, блок хранеиия и распределения массива данных содержит элемент ИЛИ, счет- 45 чик, 2k ячеек записи, каждая из которых содержит два регистра, два элемента сравнения, два формирователя импульса, два элемента ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, три элемента задержки в первой ячейке записи и по четыре элемента задержки в каждой последующей ячейке записи, входы первого регистра каждой ячейки записи являются входами соответствующих первых 2k групп входов блока, а входы второго регистра ка:кдой ячейки записи являются входами соответствующих вторых 2k групп входов блока, выходы группы каждого регистра соединены с пер0

5

а

Шщ,

« y-| -b-i--fz::L -4

I j 1 I I i

ito 4 Ья ff-M I T

ggA Apg .{Jb-p. riryLJjkUgLL - f

7з1

S53i 2Г

i5%d(r-4h:-d L

т 3

щД

E

+

Ш

11

te

4

fr.rr,-fx,;..

ш I

q

I .

I

.

-I- I

i

t.

I

(

I

- t-K/r

rjjjvm

Ь

.

I %Ш1Г

I H-Mt

.i--u

i

i

-.f t i

n

6

iZZII U3i11 -TL4.4 I

-H-4д

- - - W

-irr

u

f

.5)

1т - - н---р--1

klx

ббя-1

I

-H-if---lI& I

,

Я

ГГ

С.Ж:

Л

I

;I

бтЦс

4J

r

r-4h:-d

E

+

Ш

te

.rr,-fx,

..

-I- I

t.

€Й

I

- t-K/r

.i--u

i

i

-.f t i

-TLI

-H-4

-irr

I

н---р--1

klxOu.

t

i

H-if---lI& I

-г,

Я

ГГ9

I

;I

t

t t

1