УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ Советский патент 1972 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированны.м вычислительным устройствам, предназначенным для накопления статистической информации и последующей обработки этой информации с целью получения оценок ее статистических характеристик.

Известно устройство для оценки вероятностно-статистических характеристик динамических процессов, предназначенное для вычисления оценок условных и безусловных математических ожиданий и условной дисперсии случайных процессов, содержащее запоминающее устройство, устройство управления и регистрирующее устройство.

Целью данного изобретения является обеспечение возможности вычисления дисперсий, дисперсионных и Корреляционных функций случайных процессов.

Согласно изобретению устройство содержит блок первичной обработки, первый вход которого соединен с выходом блока накопления, первый выход блока первичной обработки соединен с первым входом вычислительного блока, блок памяти, соединенный со вторым выходом блока первичной обработки, выход блока памяти соединен со входом управляющего устройства, первый выход которого соединен со вторым входом блока первичной обработки, второй выход управляющего устройства соединен со вторым входом вычислительного блока.

На фиг. 1 Представлена блок-схема устройства для статистической обработки информации; на фиг. 2 - блок-схема одного из вариантов блока первичной обработки информации; на фиг. 3 -блок-схема вычислительного блока.

Блок 1 записи и считывания (см. фиг. 1) совместно с подключенным к его выходу блоком 2 первичной обработки информации составляет устройство накопления и первичной обработки информации, выходы которого соединены со входами вычислительного блока 3 и через блок 4 памяти - с управляющим устройством 5. Выходы управляющего устройсгва соединены с блоком 2 блоком 3, а выход блока 3 соединен со входом регистрирующего устройства 6. Блок первичной обработки информации (см. фиг. 2) состоит из входных устройств 7, 8, амплитудных селекторов 9, 10 и

матрицы 11 интеграторов. Вычислительный блок (см. фиг. 3) включает в себя множительное устройство 12, накопитель 13, коммутатор 14, суммирующее устройство 15, блок 16 деления, квадратор 17, блок 18 умножения, запоминающее устройство 19, сумматор 20.

Программа работы устройства подразделяется на 3 этапа: накопление исходной информации; считывание накопленной информации с носителей и первичная обработка считанной На этапе накопления исходной информации случайные процессы X(t) и Y(t), подлежащие обработке, подаются на блок 1, представляющий собой типовое многоканальное устройство записи и считывания на магнитной лейте, обеспечивающее возможность введения изменяемого |при считывании временного сдвига исходных реализаций случайных процессов Блок / осуществляет запись исходных реализаций случайных процессов.. На втором этапе работы исходная информация из блока / поступает в блок 2 первичной обработки информации. При считывании исходной информации в каналах считывания процессов X(t) и Y(t) вводятся временные запаздывания Т и Т2, обеспечивающие временной сдвиг исходных реализаций величины Т Г2-Ть Блок 2 имеет два канала (по числу обрабатываемых реализаций). В каждом последовательно соединены входное устройство и амплитудный селектор, выход которого подключен к матрице И интеграторов. Во входных устройствах, каждое из которых, в свою очередь, состоит из интегратора средних значений и сумматора, построенных на усилителях постоянного тока, осуществляется центрирование методом, скользящей средней исходных реализаций процессов X(t) и Y(t). Текущие оценки математических ожиданий случайных -процессов, определяемые во входных устройствах в соответствии с выражениямиt+Tti-T m(0 -f X()(t) f y(.)d., j tj tt где T - интервал текущего сглаживания, поступают на интеграторы блока 4 памяти, для усреднения текущих оценок математических ожиданий на всем интервале наблюдения и запоминания их с целью последующих вычислений. Центрированные реализации процессов X(t) и У(1) подвергаются в усилителях входных устройств «сжатию так, что на входах амплитудных селекторов действуют сигналы, динамический диапазон которых лежит в пределах ±10 0. Коэффициенты усиления К усилителя сигнала X(t) и К. усилителя сигнала У(0 при этом фиксируются. Амплитудные селекторы- 10-канальные устройства с общим входом, каждый канал которых состоит из верхнего и нижнего амплитудных селекторов, двух формирующих устройств и вычитающего устройства, преобразуют сигналы, поступающие на их входы в импульсы напряжения. Длительность этих имнульсов пропорциональна времени пребывания сигналов в пределах коридоров амплитудных селекторов. С выходов амплитудных селекторов импульсы напряжения поступают на вход матрицы 11. Матрица 11 интеграторов состоит из 10 строк и 10 столбцов (по числу каналов ампли тудных селекторов). Каждый интегратор мат рицы имеет типовую диодную ячейку «И со строчным и столбцевым входами и накопитель импульсов со входом для счетных им пульсов, поступающих с генератора счетных импульсов управляющего устройства 5. Строчные входы интеграторов, расположенных в одной и той же строке матрицы, подключены к входной щине строки соответствующего канала амплитудного селектора сигнала X(t) так, что входная шина первой строки матрицы соединена с выходом первого канала амплитудного селектора, входная шина второй строки-с выходом второго канала амплитудного селектора и так далее до 10 строки. Столбцевые входы интеграторов, расположенных в одноименном столбце матрицы интеграторов, подключены к входной шине столбца. Столбцевые входные шины подключаются к соответствующим 10 выходам амплитудного селектора сигнала Осуществлением данной коммутации выходов амплитудных селекторов с матрицей интеграторов обесТ1ечивается в процессе считыг вания исходной информации интегрирование счетных импульсов в матрице интеграторов-, т. е. фиксация в интервале наблюдения частности Vij совместного появления событий, выраженных.-неравенствами (01 1 гмакс|; ().Л, где Хг мин, У мин, Xi макс, Yj макс - МИНИМаЛЬные и максимальные уровни ограничения i-ro и /-ГО каналов амплитудных селекторов. По окончании считывания, первичной обработки и накопления обработанной информации, в матрице интеграторов вычислительный, блок 8 производит вычисление оценок статистических характеристик случайных процессов Х(0 и УСО. Вычисления начинаются с нахождения оцеок условных математических ожиданий проессов, определяемых в соответствии с выраениями1010 Ж1У|ЛЛ -У;У;-,,., V,: Vv,;; 1010 . де Xi и УЗ - величины, пропорциональные апряжениям в серединах коридоров i и / мплитудных селекторов входных устройств Yi макс + } V 1 макс + (МИН у f i макс т j мин l-y -2 Лг- Работа устройства на примере вычисления словного математического ожидания процеса Y(t) относительно процесса X(t) произвоится следующим образом. вательно один за другим подключает выходы интеграторов первой строки матрицы, начиная с первого интегратора, «о входам множительного устройства 12 и накопителя 13. При вычислении регрессии работает первый канал множительного устройства. Этот канал осуществляет усиление напряжений, пропорциональных частности vij, поступающих с выходов интеграторов первой строки с коэффициентом усиления, изменяемым управляющим устройством в соответствии с номером столбца /, в котором расположен подключаемый в данный момент интегратор матрицы. Зависимость коэффициента усиления множительного устройства от номера столбца матрицы (номер.а коридора амплитудного селектора) задается по следующей шкале: Номер коридора 12 3456789 10 Коэффициент усиления9753113579 Таким образом, в момент подключения к выходу интегратора 1-/ на выходе множительного устройства появляется напряжение Kj-Vij. Это напряжение поступает в суммирующее устройство 15, собранное на базе типового усилителя постоянного тока. В момент подключения десятого интегратора первой стро-ки матрицы в суммирующем устройстве накапливается напряжение, пропорциональное величине 2 YjYij. К этому моменту напряжение в 10 накопителе составит величину Е . Это j i напряжение через блок 16 деления, состоящий из аттенюатора, усилителя и нелинейного элемента, поступает на вход блока 18 умножения. Нелинейный элемент, построенный на усили теле постоянного тока, имеет статическую характеристику в виде обратной функции. Общий коэффициент усиления звена аттенюатор - усилитель блока деления в этом цикле вычислений составляет величину - . Таким ,.. образом, на блок умножения поступают напряжения, пропорциональные величинам 101 a Yj.Y,j -. т Блок умножения осуществляет операцию нелинейного преобразования в соответствии с формулой «P I(« + P)-(«-§)J, т. е. на его выходе появляется напояжение, пропорциональное первой точке регрессии M{Y/XI}, которое поступает в запоминающее устройство 19 и фиксируется регистрирующим устройством 6. Запоминающее устройство собрано на базе типового усилителя постоянного тока с емкостно-реостатной обратной связью, а в качестве регистрирующего устройства может быть использован, например, электронный цифровой печатающий вольтметр типа ЭЦПВ-3. После этого начинается цикл вычисления условной дисперсии в соответствии с формулой ,} y Yj MlY/X,; Вычисление производится следующим образом. По команде управляющего устройства коммутатор вновь начинает обход интеграторов первой строки матрицы. В момент подключения /-ГО интегратора первой строки матрицы на первый вход сумматора 20, представляющего собой усилитель постоянного тока, из управляющего устройства поступает усиленное в -- напряжение, пропорциональное величине YJ, соответствующее среднему значению напряжения /-го коридора амплитудного селектора сигнала Y(t), а на второй вход - напряжение, пропорциональное M{Y/Xi}, из запоминающего устройства. На выходе сумматора при этом напряжение соответствует величине, пропорциональной разности --M{Y/Xi}. Это напряжение поступает на вход квадратора 17, представляющего собой, например, элемент с квадратичной статистической характеристикой. На выходе квадратора появится напряжение, пропорциональное YJ. Т,- :Г- -Ж{У/Х,)К L Напряжение YJ одновременно с напряжением, пропорциональным vij, снимаемым с выхода /-ГО интегратора первой строкп матрицы, поступает на вход второго канала множительного устройства, осуществляющего преобразование сигнала в соответствии с формулой Ty%- yI(Ty+v,/-(T/-v./. С выхода множительного устройства сигнал, пропордиопальный этому произведению, поступает в суммирующее устройство, где к моменту окончания обхода коммутатором интеграторов первой строки матрицы накапливается напряжение, пропорциональное сумме§ :ё-- | |Гпоступающее затем в блок умножения. Напряжение, пропорциональное величине S vij, полученное к этому моменту в накопителе, аналогично тому, как это осуществлялось при вычислении регрессии M{Y/Xi}, поступает через аттенюатор, усилитель и нелинейный элемент блока деления, где оно преобразуется в величину-. на вход блока умноTop - усилитель блока деления при этом устанавливается равным 1. Напряжение, пропорциональное величине vi, запоминается накопителем до следующего цикла вычислений. Блок умножения осуществляет перемножение Напряжений, пропорциональных величинам К и .АгггАТГЛM{Y/X,} .v.. V, К, ,. Напряжение, пропорциональное вычисленной дисперсии D{YIX }, поступает через запоминающее устройство в регистрирующее устройство и фиксируется. Но окончании измерения первой точки условной дисперсии начинается цикл вычислений дисперсионной функции. Вычисление дисперсионной функции производится в соответствии с формулой Gyx() (i+,}/X,(f + ,}}i-уИ{У( + т2))Г, где т т, и Л 2 2 iJ С началом цикла вычислений дисперсионной функции на входы сумматора поступают напряжения, пропорциональные величинам регрессии М{У1Х } из запоминающего устройства и математического ожидания М{У} из блока памяти через управляющее устройство. На выходе сумматора появляется напряжение, пропорциональное разности M.{YIXi}-М{У}, которое возводится квадратором в квадрат и поступает на вход второго канала мноя ителького устройства. Это напряжение перемножается вторым каналом множительного устройства с напряжением, пропорциональным величине vi, оставшимся в накопителе от предыдущего цикла вычислений. Результат умножения в виде напряжения, пропорционального первому слагаемому в выражении для дисперсионной функции, поступает в суммирующее устройство и запоминается в нем до следующего цикла вычисления дисперсионной функции. Но окончании данного цикла вычислений заподминающее устройство и накопитель возвращаются в начальное состояние («очищаются). Носле этого производятся вычисления второй точки регрессии M{YIX- и условной дисперсии /){УД2}, а также второго слагаемого в выражении для дисперсионной функции аналогично тому, как это выполнялось в предыдущих циклах с той лишь разницей, что коммутатор осуществляет в этих циклах последовательный обход интеграторов второй строки матрицы. К концу вычислений регрессии М{У1Хч} и условной дисперсии D{YIX их значения фиксируются регистрирующим устройством, в запоминающем устройстве остается напряжение, пропорциональное регрессии , а в накопителе -напряжение, пропорциональное V2. Далее производится вычисление второго слагаемого выражения для дисперсионной функции vz-{M{Y/Xz} M{Y}}. Результат вычисления суммируется в суммирующем устройстве с предыдущим результатом и запоминается до следующего цикла вычислений дисперсионной функции, а напряжение величины V2 суммируется в накопителе с напряжение.м vi и запоминается. Нодобные циклы выполняются по всем строкам матрицы интеграторов вплоть до десятой строки, после чего в регистраторе оказываются зафиксироваиными регрессия М{УДг} и условная дисперсия D{YIXi} по всем значениям индекса I, а в суммирующем устройстве накопится напряжение, пропорциональное сумме 5:vj M{y/Xi}-уИ{ } 2. В накопителе в этот момент напряжение будет составлять величину, пропорциональную сумме Б 2 - N, а на выходе блока деления появится напряжение, пропорциональное величине - JV Это напряжение перемножается блоком умножения с напряжением, поступающим с выхода суммирующего устройства, в результате чего в регистраторе фиксируется первая точка дисперсионной функции, соответствующая установленному временному запаздыванию т сигналов, введенному блоком записи и считывания на этапе считывания исходной информации. Вслед за этим в том же порядке вычисляются в соответствии с выражениями M{X/Y.} D{X/Y,,.,j; .(f + -)/Yj(t-)- ЖIX (+.,), регрессия процесса X(t), дисперсионная функция GxY(t) и условная дисперсия процесса X(t). Отличие здесь состоит в том, что коммутатор осуществляет обход интеграторов .матрицы не по строкам, а по столбцам, начиная с первого интегратора первого столбца. Следующим этапом работы устройства является вычисление корреляционной функции, соответствующей выбранному временному сдвигу т- сигналов. Вычисления выполняются в соответствии с формулой rxW-i y.y.i-ArV

В этом цикле коммутатор осуществляет построчно, начиная с первой строки, последовательный обход всех интеграторов матрицы. При этом каждый раз в момеит подключения интегратора «f-/ (t, , 2, ..., 10) управляющее устройство изменяет коэффициент усиления первого канала множительного устройства, делая его равным величине, пропорциональной произведению Yj-Xi, в котором величины YJ и Xi Принимаются равными з«ачениям, соответствующим номерам коридоров i и / приведенной шкалы. Множительное устройство усиливает напряжение, пропорциональное Vij. Напряжение с выхода множительного устройства поступает в суммирующее устройство, где оно накапливается так, что в момент подключения коммутатора к выходу интегратора десятой строки и десятого столбца матрицы в суммирующем устройстве накапливается

сумма, пропорциональная величине Е 2 Yf

XiVij. На выходе накопителя в это время напряжение соответствует величине, пропорцио10 10

нальной сумме Б I,, которое блоком

деления преобразуется в напряжение, соответствующее - . Блок умножения осуществляет

перемножение напряжений, действующих на его входах, и выдает в регистрирующее устройство через запоминающее устройство значение корреляционной функции, соответствующее выбранному аргументу т.

В случае необходимости устройство вычисляет дисперсии процессов X(t) и Y(t):

10

DWOl- v.Jf, D{Y(f)}

1 1

10

1 V v2

- ,v,-y/.

При этом временная задержка t при считывании информации устанавливается равной нулю. Порядок вычисления дисперсий рассмотрим на примере вычисления D{X(t)}.

По команде управляющего устройства коммутатор обходит интеграторы каждой строки матрицы интеграторов, начиная с первой. После обхода каждой из строк в накопителе появляется напряжение, пропорциональное величине v,- Это напряжение перемножается вторым Каналом множительного устройства с напряжением, пропорциональным величине , получаемым после возведения в квадрат напряжения, пропорционального Хг, подаваемого «а вход квадрата управляющим устройством через сумматор в момент подключения коммутатора к десятому интегратору г-й строки. Полученное произведение накапливается в суммирующем устройстве и после обхода коммутатором интеграторов десятой строки матрицы на входах блока умножения появля10

ются напряжения Е , поступающее с выхода суммирующего устройства, и -, поступающее с выхода накопителя через блок деления. Результат перемножения этих напряжений, пропорциональный величине D{X(, через запоминающее устройство поступает в регистрирующее устройство и фиксируется.

Вычисление дисперсии О{У(1)} осуществляется аналогичным путем при обходе коммутатором интеграторов матрицы вдоль столбцов.

Для вычисления последующих ординат дисперсионных и корреляционной функции после приведения всех узлов устройства в исходное состояние осуществляется повторное считывание исходной информации и накопление в матрице интеграторов частностей v-jj, соответствующих реализациям процессов У(+т2) и X(t-{--r), смещенным один относительно друj ij iгого по времени на интервал временного запаздывания

t T2-Ть

где та и TI - временные запаздывания, устанавливаемые путем смещения считывающих головок блока записи и считывания.

При необходимости вычисления автодисперсионных Охх{т), GYY(T) и автокорреляционных (т), уу{т) функций блок записи и считывания выдает при считывании информации в первое и второе входные устройства одноименные сигналы. Считывание информации при этом осуществляется двумя головками считывания, расположенными вдоль магнитной ленты на расстоянии, соответствующем временному сдвигу т. Значение автокорреляционных функций при получается по результатам оценки соответствующей дисперсии (Rxx(}-D{X(t)}. Оценка автодисперсионной функции для аргумента вычисляется путем записи соответствующего сигнала (t) или Y(t) на обе дорожки магнитной ленты.

Предмет изобретения Устройство для статистической обработки информации, состоящее из вычислительного блока, блока накопления и регистрирующего устройства, соединенного с выходом вычислительного блока, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности вычисления дисперсий, дисперсионных и корреляционных функций случайных процессов, устройство содержит блок первичной обработки, первый вход которого соединен с выходом блока накопления, первый выход блока первичной обработки соединен с первым входом вычислительного блока, блок памяти, соединенный со вторым выходом блока первичной обработки, выход блока памяти соединен со входом управляющего устройства, первый выход которого соединен со вторым входом блока первичной обработки, второй выход управляющего устройства соединен со вторым входом вычислительного блока.

Фие.1

71