Устройство для определения медианы случайного процесса Советский патент 1992 года по МПК G06F15/36 

U

4-10

5

0

м

шн

и

W

ю J tf

14

Л

00 Ю

СА GJ

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано при обработке случайных процессов.

Известно устройство для определения медианы, содержащее блок сравнения, триггер Шмитта, пять элементов И, элемент ИЛИ, элемент Н Е, триггер, тактовый генератор и преобразователь код - напряжение с соответствующими связями 1.

Недостатком известного устройства является невысокая точность.-Это связано с тем, что знак вычисленной медианы определяется знаком разности-между мгновенным значением сигнала и текущим значением медианы, что может приводить к изменению знака истинного значения медианы.

Наиболее близким к заявленному является устройство для определения медианы случайного процесса, содержащее блок сравнения, триггер Шмитта, семь элементов И, два элемента ИЛИ, два элемента НЕ. два пороговых элемента, два реверсивных счетчика, блок элементов И, два триггера, генератор импульсов и блок формирования временных интервалов с соответствующими связями 2.

Недостатком этого устройства также является невысокая точность, так как в нем возможно изменение знака медианы относительно истинного значения, поскольку знак вычисленной медианы определяется знаком разности между мгновенным значением случайного сигнала и текущим значением медианы.

Цель изобретения - повышение точности.

Цель достигается тем, что устройство для определения медианы случайного процесса содержит триггер Шмитта, два элемента И, два счетчика, элемент ИЛИ, тактовый генератор, преобразователь код- напряжение, блок сравнения. Первый информационный вход блока сравнения является информационным входом устройства, а второй подключен к выходу преобразователя код - напряжение. Выход блока сравнения соединен с входом триггера Шмитта, прямой и инверсный выходы которого подключены к первым входам соответственно, первого и второго элементов И. В устройство введены два регистра, элемент задержки, блок вычитания, накапливающий сумматор и блок деления. Выход тактового генератора подключен к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, выходы переполнения которых подключены соответственно к первому и второму входам

элемента ИЛИ. Выход элемента ИЛИ соединен с тактовыми входами первого и второго регистров и через элемент задержки с входами сброса первого и второго счетчиков и

с тактовым входом накапливающего сумматора, информационный выход которого подключен к входу делимого блока деления. Вход блока деления является входом значения 2 устройства, а выход блока деления

соединен с информационным входом преобразователя код - напряжение, знаковый вход которого подключен к знаковому выходу накапливающего сумматора, m старших разрядов (2m+1-количество заданных уровней квантования) первого и второго счетчиков подключены к информационным входам соответственно первого и второго регистров. Выходы последних подключены соответственно к входам уменьшаемого и

вычитаемого блока вычитания, информационный и знаковый выходы которого подключены соответственно к информационному и знаковому входам накапливающего сумматора.

. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения медианы случайного процесса; на фиг. 2 - показан пример структурной схемы блока вычитания; на фиг. 3 - пример структурной схемы

накапливающего сумматора/

Устройство для определения медианы случайного процесса содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитта, первый 3 и второй 4 элементы И, тактовый генератор 5, первый

6 и второй 7 счетчики, элемент ИЛИ 8, первый 9 и второй 10 регистры, блок 11 вычитания, элемент 12 задержки, накапливающий сумматор 13. блок 14 деления, преобразователь 15 код - напряжение.

Блок вычитания (фиг. 2) содержит элемент 16 сравнения, первый 17 и второй 18 коммутаторы и вычитатель 19.

Накапливающий сумматор (фиг. 3)содер- жит элемент 20 сравнения, первый 21 и второй 22 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 23, второй 24 и третий. 25 коммутаторы, сумматор-вычитатель 26,0-триггер27. регистр 28, элемент НЕ 29 и элемент И 30. В качестве вычитателя и сумматора-вычи-.

тателя может быть использована интегральная микросхема К 155 ИПЗ. Все остальные блоки устройства являются стандартными блоками вычислительной техники.

Первый вход блока 1 сравнения является информационным входом устройства, выход блока 1 сравнения соединен с входом триггера 2 Шмитта, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента И 3, а инверсный - к первому входу

второго элемента И 4. Вторые входы первого 3 и второго 4 элементов И подключены k выходу тактового генератора 5, выход первого элемента И соединен со счетным вх 6дом первого счетчика 6, m старший разрядов которого подключены к информа ционному входу первого регистра 9, выход которого подключен к входу уменьшаемого блока вычитания 11, Выход второго элемента И 4 соединен со счетным входом второго счетчика 7, m старших разрядов которого подключены к информационному входу второго регистра 10, выход которого подключен к входу вычитаемого блока 11 вычитания. Информационный и .знаковый выходы блока 11 вычитания подключены со- ответственно к информационному и знаковому входам накапливающего сумматора 13. Информационный выход накапливающего сумматора 13 соединен с входом дели- мого блока 14 деления, на вход делителя которого подано значение 2. Выход блока 14 деления подключен к информационному входу преобразователя 15 код - напряжение, знаковый вход которого подключен к знаковому выходу накапливающего сумма- тора 13. Выход преобразователя 15 код - напряжение, являющийся выходом устройства,, подключен к второму входу блока 1 сравнения..Выходы переполнения первого б и второго 7 счетчиков соединены соответ- ственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 8; выход которого соединен с входом элемента 12 задержки и с тактовыми входами первого 9 и второго 10 регистров. Выход элемента 12 задержки подключен к тактовому входу накапливающего сумматора 13 и к входам сброса первого и второго 7 счетчиков.

В блоке 11 вычитания (фиг. 2) вход уменьшаемого и вход вычитаемого подклю- чены соответственно к первым и вторым входам элемента 16 сравнения, первого 17 и второго 18 коммутаторов. Выходы первого 17 и второго 18 коммутаторов соединены соответственно с входами уменьшаемого и вычитаемого вычитателя 19. Выход больше-равно элемента сравнения является знаковым выходом блока вычитания, выход вычитателя является информационным выходом блока вычитания. Выход больше- равно и выход меньше блока 16 сравнения подключены соответственно к управляющим входам, первого 17 и второго 18 коммутаторов.

В накапливающем сумматоре 13 (фиг. 3) выход регистра 28 соединен с первыми вхо- дами элемента 20 сравнения, второго 24 и третьего 25 коммутаторов. Информационный вход устройства соединен с вторыми входами элемента 20 сравнения, второго 24

и третьего 25 коммутаторов. Выходы коммутаторов 24 и 25 подключены соответственно к первому и второму информационным входам сумматора-вычитателя 26, выход которого соединен с информационным входом регистра 28 и является информационным выходом накапливающего сумматора 13. Знаковый вход накапливающего сумматора соединен с первым входом второго элемен-- та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22. с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 и с вторым входом элемента И 30. Выход D-триггера 27 подключен к второму входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, выход которого соединен с первым входом управления режимом еумматора-вы- читателя 26, с управляющим входом первого коммутатора 23 и с входом элемента НЕ 29. Выход элемента НЕ подключен к второму входу управления режимом сумматора-вычитателя 26 и к первому входу элемента И 30, выход которого соединен с вторым входом первого коммутатора 23. Выход меньше элемента 20 сравнения соединен с управляющим входом третьего коммутатора 25, выход больше-равно элемента 20 сравнения соединен с управляющим входом второго 24-коммутатора и с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, выход которого подключен к первому информационному входу первого коммутатора 23. Выход последнего, являющийся знаковым выходом накапливающего сумматора, подключен к информационному входу D-триггера 27, тактовые входы которого и регистра 28 являются тактовым входом накапливающего сумматора.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии все блоки обнулены.

Случайный сигнал X(t) подается на первый вход блока 1 сравнения, где происходит его сравнение с опорным напряжением Don, которое формируется преобразователем 15 код - напряжение. Поскольку в начальный момент времени to напряжения на выходе преобразователя 15 равно нулю, то X(t0) непосредственно подается на вход триггера 2 Шмитта. Для определенности допустим, что X(to) имеет положительное (отрицательное) значение, тогда на прямом (инверсном) выходе триггера 2 появляется логический сигнал 1, который поступает на первый вход элемента И 3 (4). На вторые входы элементов И 3 и 4 поступает сигнал с выхода тактового генератора 5, период повторения которого больше времени корреляции случайного сигнала. В зависимости от знака X(t) сигнал тактового генератора 5 поступает на счетный вход либо счетчика 6, либо счетчика 7, Каждый из счетчиков имеет n+m разрядов, причем n-определяет зону нечувствительности устройства, am- число информационных разрядов преобразователя код - напряжение, соответствующих максимальному значению иоп.макс. При заполнении одного из счетчиков 6 или 7 на его- выходе переполнения вырабатывается сигнал, поступающий через элемент ИЛИ 8 на тактовых входы регистров 9 и 10.. При этом информация.с m старших разрядов счетчиков 6 и 7 переписывается соответственно в регистры 9 и 10. На выходе блока 11 вычитания формируется величина,-пропорциональная разности вероятностей времени пребывания случайного процесса выше и ниже значения Uon. Сигнал с выхода блока

11вычитания поступает на накапливающий сумматор, в котором к существующему в данный момент значению прибавляется (вычитается) значение поправки, вырабатываемой блоком 11 вычитания. Код сигнала с выхода накапливающего сумматор делится на два блоком И деления, сигнала с выхода которого поступает на информационный вход преобразователя 15 код - напряжение, устанавливая очередное значение Uon. Величина Uon, соответствующая значению медианы, устанавливается тогда, когда значения кодов с выходов счетчиков 6 и 7 одинаковы, т.е. когда вероят-. ность превышения сигналом X(t) значения Uon совпадает с вероятностью того, что X(t) меньше Uon. Таким образом, устройство реализует алгоритм поиска медианы методом половинного деления. Величина задержки элемента 12 выбирается достаточной для осуществления записи информации в регистры 9 и 10 и осуществления процесса вычитания в блоке 11. Сигнал с выхода элемента

12задержки тактирует накапливающий сумматор 13 и сбрасывает в нулевое состояние счетчики б и 7, подготавливая устройство к процессу обработки очередной выборки.

Блок вычитания (фиг. 2) работает следующим образом.

Сигналы уменьшаемого А и вычитаемого В подаются соответственно на первые и вторые входы элемента 16 сравнения и коммутаторов 17 и 18 Если А В, на входы уменьшаемого и вычитаемого вычитателя 19 поступают соответственно значения А и В. В случае А В на входы уменьшаемого и вычитаемого поступают соответственно В и

A.Следовательно, на выходе вычитателя 19 формируется информационное значение АB,а на выходе больше-равно,элемента 16 сравнения - знак разности.

Накапливающий сумматор (фиг. 3) работает следующим образом.К приходу очередного тактового импульса на выходе регистра 28 -и триггера 27

присутствует модуль и знак накопленного числа А. Модуль числа В поступает на вторые входы элемента 20 сравнения и коммутаторов 24 и 25. Знак числа В подается на первый вход элемента И 30 и второй вход

0 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22. Накапливающий сумматор реализует операцию алгебраического накопления. Рассмотрим работу накапливающего сумматора при различных соотношениях между модулями и

5 значениями величин А и В; Пусть А и В одного знака. 43 этом случае на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 будет нулевой сигнал и сумматор-вычитатель 26 переводится в режим, арифметического сло0 жения, а коммутатор 23 подключает к выходу свой второй вход,, на который поступает сигнал с выхода элемента И 30, На первый вход элемента И 30 подается единичный сигнал с выхода элемента НЕ 29, следова5 тельно, выходной сигнал элемента И 30 повторяет сигнал знака числа В.

Пусть А 0 и В 0,Тогда на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 присутствует единичный сигнал, который под0 ключей к знаковому выходу сумматора,т.е. к выходу коммутатора 23. а сумматор-вычитатель 26 переводится в режим вычитания. При lAl |В| через коммутаторы24 и 25 к выходам уменьшаемого и вычитае5 мого соответственно подключены значения Аи В. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 будет единичный сигнал, соответствующий знаку числа А. При |А| |В I сумматор-вычита 0 тель осуществляет операцию|В).-1А|,а на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 будет сигнал, соответствующий знаку числа В.

Пусть А 0 и В 0. Сумматор-вычи5 татель также работает в режиме вычитания. Если А| 1В|, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, а следовательно, и на знаковом выходе накапливающего .сумматора будет единичный сигнал, соот0 ветствующий знаку числа В. При1А В на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 присутствует нулевой сигнал.,соответствующий знаку числа А.

Сравнение предлагаемого технического

5 решения с прототипом показало явные недостатки прототипа.

Эти недостатки следующие: знак вычисленной медианы определяется в определенный момент времени знаком разности между значением случайного процесса в

этот момент времени и вычисленным значением медианы. Это приводит к тому, что существуют такие моменты, когда знак медианы, вычисленный устройством, не совпадает с истинным знаком медиана, что ведет к сбою работы устройства что снижает его надежность.

Применение предлагаемого технического решения позволяет устранить сбои в работе устройства и, следовательно, повы- сить надежность работы, поскольку знак вы- численной медианы не зависит от мгновенных значений случайного сигнала и определяется результатом статистической обработки случайного сигнала.

Отсутствие сбоев в работе повышает точность работы устройртва и достоверность информации на его выходе. Повышенная по сравнению с базовым объектом достоверность позволяет при использова- ним устройства, например, для контроля аппаратуры снизить число ошибок, что, в конечном итоге, ведет к снижению стоимо- сти выпускаемой аппаратуры.

Ф о р м у л а изобретения

Устройство для определения медианы случайного процесса, содержащее триггер Шмитта, первый и второй элементы И, первый и второй счетчики, элемент ИЛИ, генератор тактовых импульсов, преобразователь код - напряжение, выход которо го является выходом устройства, и блок сравнения, первый информационный вход которого является .информационным входом устройства, второй информа-. ционный вход соединен с выходом преобразователя код- напряжение, а выход - с входом триггера Шмитта, прямой и инверсный выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены первый и второй регистры, элемент задержки, блок вычитания, накапливающий сумматор и блок деления, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен со счетным входом первого счетчика, выходы m старших разрядов которо-- го ( - количество заданных уравнений квантования) соединены соответственно с информационными входами первого регистра, выход второго элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, выходы m старших разрядов которого соединены соответственно с информационными входами второго регистра, тактовый вход которого соединен с тактовым входом первого регистра, входом элемента задержки и выходом элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами переполнения первого и второго счетчиков, входы установки в ноль которых соединены с тактовым входом накапливающего сумматора и с выходом элемента задержки, выход первого регистра соединен с входом уменьшаемого блока вычитания, вход вычитаемого которого соединен с выходом второго регистра, информационный выход блока вычитания соединен с информационным входом накапливающего сумматора, знаковый вход которого соединен со знаковым выходом блока вычитания, информационный выход накапливающего сумматора соединен с входом делимого блока деления, вход делителя которого является входом задания значения 2 устройства, выход блока деления соединен с информационным входом преобразователя код - напряжение, знаковый вход которого соединен со знаковым выходом накапливающего сумматора..

. Z

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано при обработке случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности. Устройство- для определения медианы случайного процесса содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитга, два элемента И 3.4, генератор 5 тактовых импульсов, два счётчика 6, 7, элемент ИЛИ 8, два регистра 9, 10, блок 11 вычитания, элемент 12 задержки, накапливающий сумматор 13, блок 14 деления и преобразователь 15 код - напряжение, соединенные между собой функционально. Повышение точности достигается путем устранения неопределенности знака вычисленного значения медианы, 3 ил.