Устройство для определения медианы Советский патент 1975 года по МПК G06F17/18 

(54-) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕДИАНЫ

генератор импульсов 12 и первый элемент И 13.

Блок сравнения 1 служит для получения разности 4X(t) XCt) - U(n и соединен с триггером Шмидта 2, плюсовое плечо которого подключено к первым входам элементов И 3 и 4, а минусовоек первым входам элементов И 5 и 6. Выходы элементов И 3 и 5 подключены к установке (+) и О (-) триггера знака 7 соответственно, единичный выход которого подключен ко второму входу элемента И 4 и к первому входу преобразователя код-напряжение 8, а нулевой выход - ко второму входу элемента И 6. Выходы схем 4 и 6 соединены со вторым и третьим входами элемента ИЛИ 9, выход которого : соединен со входами элемента Е 1О и с шиной сложения реверсивного счетчика 11. Выход схемы 1О подключен к шиневычитания счетчика 11 счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов 12.

Нулевые выходы всех разрядных триггеров счетчика 11 подключены ко входам элемента И 13, а единичные выходы старших П разрядных триггеровКо входам 2- т + i преобразователя 8. Младшие п разрядов счетчика 11 служат для сглаживания случайного процесса X ( t ), а старшие tn разрядов - для определения кода значения медианы. Выход схемы 13 подключен ко вторым входам схем 3 и 5 и к первому входу схемы 9. Схема 13 служит для фиксации нулевого состояния счетчика 11. Вы- : ход преобразователя 8 подключен ко второму входу схемы сравнения 1. Преобразователь 8 служит для преобразования кода, полученного в П старших разрядах счетчика 11, в соответствующее напряжение.

Генератор импульсов 12 служит для заполнения реверсивного счетчика 11 и пульсами во время анализа процесса.

Триггер Шмидта 2, триггер 7 знака, логические схемы 3, 4, 5, 6, 9 и Ю образуют знаковую схему, которая предназначена для определения режима работы и знака содержимого счетчика 11. С помощью этой схемы содержимое реверсивного счетчика находится в прямом коде как для положительпьгх, так и для отрицательных значений.

Из определения медианы следует, что медианой случайной функции X ( |г ) называют такую фунгахию Me , для ко- торой Pl,(t))M€ или время, за которое случайный пропесс принимает

значение больше или меньше медианы (см. фиг. 2), должно быть равно

(1)

51 д

К-Г

где

(i--u,...,--)

At,i;.,t.

Если для оценки интервала /iti заполнить его импульсами постоянной частоты f.., то в течение времени Д/ ; получим . / импульсов пропорциональных

времени Д t ; и вместо равенства (1)

no-

и вместо равенства лучим равенства

W

(2)

2k-1

K:i

ИЛИ

-Z Wg,-, -0

: „ .Л- ...

Для симметричных часто встретившихся в практике законов распределения случайных функций (например, нормального, равномерного) значение медианы совпадает со значением математического ожидания, поэтому определение для таких процессов медианы равнозначно определению математического ожидания.

Устройство работает следующим образом: случайный сигнал подается на вход блока сравнения 1, где происходит сравнение . сигнала X ( t )с опорным напряжением, полученного с выхода преобразователя 8, так как в начальный момент напряжение на выходе преобразователя 8 рав1Ю нулю, X ( i ) прямо подается на вход триггера Шмидта 2. Для определенности допустим, что X ( ) имеет положительное (отрицательное) мгновенное значение, тогда появится высокий потенциал на плюгсовом (минусовом) плече триггера Шмидта 2, который подается на первый вход схемы 3 (5). Так как реверсивный счетчик в начальный момент находится в кулевом положении, на вькоде схемы 13 имеется сигнал, который вместе с плюсовым (минусовым) сигналом триггера Шмидта 2 даст на выходе схемы 3 (5) сигнал, который установит триггер 7 знака 7 в состояние (О ) т. е. + (-). Сигнал на выходе схемы через схему 9 установит счетчик 11 в режиме сложения и импульс, подаваемый на счетный вход счетчика 11, запишет в счетчик единицу, что запирает схему 13 и разрешение со схемы 3 (5) и 9 снимается, но к этому времрни триггер 7 уже находится в состоянии + (-) и вместе с триггером 2, который тоже находится в плюсовом (минусовом) состоянии, образует на выходе схемы 4 (6} сигнал, который через схему

I.

.1 9 подается на шину сложения счетчика 11. Содержимое счетчика 11 будет возрастать и наступит момент, когда на счет чик 11, поступит 2 импульсов и в млад шем разряде из старших (П разрядов счетчика 11 появится цифра , котора .подается на вход преобразователя 8, на выходе которого вырабатьшается единична ступень опорного напряжения соотве гствуюшей полярности U ступень - «:on напряжения подается на вход блока сравнения 1. Процесс дальше продолжится ана логично описанному, только с той разнице что на вход триггера 2 уже будет подаваться входной сигнал X ( t ) - Dm X ( t ). Как только X ( t ) вместо - (J поменяет знак. в данном случае станет отрицательным (положительным), триггер 2 перебросится; а противоположно состояние, снимается р1азрешение со схемы 4 (6), со входа схеглы 9 и с вькода схемы 1О сигнал подаете На шину вычитания 11. Если значение медианы процесса положительное, то режи сложения по времени будет преобладать над временем режима сложения и содержимое т старших разрядов счетчика 11 будет возрастать до тех пор, пока содержимое этих разрядов не станет равным значению медианы.. Когда наступит момент равенства, будет вьшолняться условие (2), т. е. алгебраическая сумма количества импульсов N , поступивших на счетчик . Избудет колебаться в диапазоне .Z . что помещается в П младших разрядах счетчика, и содержимое rrl старших разрядов не будет меняться. Количество младших разрядов tl счетчика и частота / генератора 12 подбиI раются в зависимости от низкой частотной .составляющей спектра случайного процес- са, так как преобразователь код-напряжение не должен следить за случайным процессом мом ентально, а только следить за его средним сглаженным значением. После того, как будет соблюдено условие (2), значение. медианы будет записано в Л1 старших разрядах счетчика. Если оценка медианы точно не будет совпадать с истинным значением, то на выходе результат будет колебаться с амплитудой, равным единичной ступени с доволь но большим периодом. Устройство позволяет снять на выходе цифровое значение медианы , так и значение аналоговой форме в виде напряжения. Кроме того, устройство мсйкет работать как преобразователь напряжения в код медленно изменяющихся напряжений. С помощью, предлагаемого устройства можно осуществить центровку случайного процесса, при этом центрированный случайный процесс получается (после переходного процесса) между ши1Шми вход 1 и выход 3. Ллктет ность времени анализа процесса определяется длительностью работы генераторов импульсов Формула изобретения Устройство для определения медианы, содержащее реверсивный счетчик, первые П разрядных выходов которого подключены ко входам первого элемента , последние т разрядных выходов - ко входам преобразователя код-напряжение соответственно, а счетный вход ,- к вььходу 1 генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и расширения функциональных возможностей, оно содержит блок сравнения, первый вход которого соединен . со входом устройства, а второй вход - с выходом преобразователя код-напряжение, триггер Шмидта, вход которого подключен к выходу блока сравнения, .второй и тре- тий элементы ft , первые входы которых соединены с выходами триггера Шмидта соответственно, а вторые входы - с вь ходом первого элемента П , триггер знака, входы которого подключены к вь5ходам второго и третьего элементов П/ соответственно, четвертый и пятый эл&менты fl 1 первые входы которых подключены к выходам триггера Шмидта соответственно, а вторые входы - к выхо- дам триггера знака соответственно, пер- i вый выход которого соединен с первым i входом преобразователя код-напряжение элемент ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого, четвертого и пятого элементов Л/ соответственно, а выход с суммирующим входом реверсивного счетчика, и элемент НЕ, вход которого под,ключен к выходу элемента ИЛИ, а выход к вычитающему входу реверсивного счетчика.