Следящее усредняющее устройство Советский патент 1975 года по МПК G06F17/18 

1

Изобретепие относится к области специализированны.х вычислительных устройств для определения статистических характеристик случайных процессов (СП) и предназначено для определения оценок медианы и математпческого ожидания случайных процессов.

Известны усредняющие устройства, содержащие цифро-аналоговый преобразователь, соединенный выходом с ко.мпаратором, другой вход которого подключен к входной клемме устройства, генератор тактовых импульсов, соединенный с первым входом первого элемента И, второй вход которого нодключен к блоку управления, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с цифро-аналоговым преобразователем, а входы соответственно подключены к выходам второго и третьего элементов И, первые входы которых соединены с выходом первого элемента И, а вторые подключены соответственно к выходам компаратора.

Целью изобретения является упрощение усредняющего устройства, предназначенного для определения оценок меднаны и математического ожидания (МО) как стационарных, так и некоторых тпнов нестационарных СП.

Отличия устройства заключаются в том, что в нем выходы младщих разрядов реверсивного счетчика соединены с блоком управлення. подключенным к управляющнм входам еложеиня и вычитания старших разрядов реверсивного счетчнка.

Особенностью устройства является использование части реверсивного счетчика, обесиечпвающего автоматический подбор кода, соответствующего оценке медианы исследуемого случайного процесса.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; па фнг. 2 - вид вспомогательного спгпала К(/), используемого для получения оценки ЛЮ несимметричных относительно .МО СП.

Устройство содержнт компаратор 1, цифроаиалоговый преобразователь 2, реверсивный счетчик 3, генератор 4 тактовых импульсов, элементы П 5, 6 J, блок унравления 8, часть .младщпх разрядов реверсивного счетчика 9.

Рассмотрим работу устройства для случая, когда реализация исследуемого случайного процесса (СП) представлена в внде напрял ения.

В исходном состоянии основной счетчнк 3 и его младшие разряды 9 установлены в нулевое положение, вы.ходиое папряжение преобразователя 2, поступающее на один из входов компаратора 1 и соответствующее подбираемой оцеике медианы, равно б.

Реализащш исследуемого СП подается на другой вход компаратора 1 и по сигналу блока уиравлеиия 8 открывается элемент 5 и начинается поступление тактовых импульсов иа входы младших разрядов 9. Эти импульсы либо увеличивают, либо уменьшают на единицу младшего разряда код, уррпил ый иг счетчике, в зависимости от результата cpOBMeirnH зиачсиия реализации x(i} и выходпого напряжения преобразователя 2. Возникающие па выходе счетчика импульсы его переполнения по «плюсу и «минусу поступают на соответствующие входы счетчика 3, измеияя при этом храияшийся на нем код и, соответственно, нанряжеиие X, приближая его к медиане СП. Так как возникновение импульсов нереполнення с выхода счетчика обусловлено лишь соотношением количества тактов, при которых

x(t)x и x(t).x, а не абсолютными значениями x(t), то увеличение скорости изг.тенения реализации x(t) в данном устройстве не приводит к увеличению динамической ошибки.

Код NX, ссответствуюший искомой оценке медианы СП, считается нодобраины.м на счетчике 3 при отсутствии сигналов переполнения с выхода его младших разрядов 9 в течение онределеиного интервала времени, завнсяш,его от емкости младших разрядов н параметров (например, интервала корреляции) исследуемого процесса. Момент окончания подбора кода фиксируется блоком управления 8. Таким образом, в данном устройстве подбирается код, соответствующий такой оценке, для которой средиий интервал времени, в течение

которого x(t)x равен среднему интервалу

времени, в течение которого x(t).x. Нетрудно заметить, что эта оценка является оценкой медианы СП X(t).

Так как для случайных процессов с симметричной относительно МО плотностью вероятности (например, нормальной или равномерной) значения меднаны и МО совпадают, то получаемая в предлагаемом устройстве оцеика медиаиы может в этом случае также использоваться и как несмешенная оценка математического ожидания исследуемого СП.

Кроме того, из принципа работы устройства видно, что автоматический подбор оценки медианы или МО в нем будет выполняться как для стационарных эргодических СП, так и для эргоднческих процессов нестационарных:

-по математическому ожиданню, при известных ограничениях скорости изменения МО;

-по дисперсии, так как подбираемая оцеика не зависит от абсолютных значений случайного процесса.

Если исследуемый СП характеризуется плотностью вероятности, несимметричной относительно МО, то значения его медианы н AlO не совпадают и получаемую оценку медианы нельзя использовать как оценку МО из-за большого смещения.

В этом случае для получения оценки МО с помощью описываемого устройства предлагается из исследуемого СП вычитать несинхроинзированный с ним вспомогательный периодический сигнал y(t), линейно пзменяюидийся в диапазоне от -Л до Л в течение каждого периода, где с вероятностью, близкой к «1 Л ;5; I J(z) l sisKc. с некоторымн донущениями такой сигнал можно считать равномерно распределенным в диапазоне от -Л до Л случайным сигналом с нулевым МО, незавнсимым от входного сигнала.

При вычитании сигнала y{t) из реализации x{i) исследуемого СП в усредняющем устройстве будет подбираться код NZ, соответствующий оценке медианы разностного сигнала z(t).

В то же время можно ноказать, что медиана разностного сигнала с большой точностью совнадает с МО исследуемого сигнала. Причем этот вывод можно распространить на СП с любой плотностью вероятности. Поэтому получаемая в данном случае оценка медианы z мож:ет использоваться как оцеика МО исследуемого СП.

Таким образом, для любого СП, в том числе н процесса с плотностью вероятности, неснмметрнчной относительно jMO, код, соответствующий оценке его МО, в предлагаемом устройстве можно получить путем определения оценки меднаны сигнала, предетавляюшего собой разность между реализацией исследуемого СП и вспомогательным сигналом y{t}, обладающим оннсанными выще свойствами.

Реализацию вспомогательного сигнала, а также его вычитание из исследуемого сигнала можно осуществить в цифровой форме путем подачи дополнительных счетных импульсов из блока управления 8 на входы «сложение (С) и «вычитание (В) некоторого разряда реверсивного счетчика 3 таким образом, чтобы обусловленное ими напряжение на выходе преобразователя 2 имело вид, показанный на фиг. 2. Частота следования этих импульсов и разряд счетчика 3, на который они должны подаваться, определяются частотой тактовых импульсов на выходе генератора 4, количеством младших разрядов 9, а также диапазоном изменения и интервалом корреляции исследуемого СП. Для того, чтобы не вносить донолнительной ошибки смещения, обусловленной наличием вспомогательного сигнала, съем кода, соответствующего оценке МО исследуемого СП, следует производить в момент времени, когда значение y(t)0.

Использование семи-, восьмиразрядного основного счетчика и трех и четырех разрядов донолнительных 9 к реверсивному счетчику 3 оказывается достаточным для получения оценки математического ожидания с относительной среднеквадратичной погрешностью 1%.

Формула изобретения

Следящее усредняющее устройство, содержащее цифро-аналоговый преобразователь,

соединенный выходом с компаратором, другой вход которого подключен ко входу устройства, генератор тактовых импульсов, соединенный с первым входом первого элемента И, второй вхол которого подключен к блоку управления, геверсивный счетчик, выходы которого соединены с цифро-апалоговым преобразователем, а входы соответственно подключены к выхода.; второго п третьего элементов

И, первые входы которых соединены с выходом первого элемента И, а вторые подключены соответственно к выходам компаратора, отличающееся тем, что, с целью упрощеНИН устройства, в нем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с блоком управления, подключенным к управляющим входам сложения и вычитания старших разрядов реверсивного счетчтп а.

.ханш А ..

/Ч А

Фиг.2