Цифровое сглаживающее устройство Советский патент 1978 года по МПК G06F17/17 

I

Изобретение относится к области специали знрованных средств вычислительной техники и может быть использовано для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известно сглаживающее устройство, содержащее интеграторы, регистры сдвига, сумматоры и блоки памяти {.

Это устройство является сложным и требует большого объема оборудования.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является сглаживающее устройство, содержащее регистр, первый сумматор, первый вход которого подключен к первому выходу регистра, а втсфой - ко входу устройства, два элемента И, элемент ИЛИ, триггер знака (2J. Это устройство реализует алгоритм согласно рекуреитной формуле

JTcMj Xefi,.,-- (Xj ),

где Хс1х,ч, Xe,( - соответственно i-I и i-Toe значение сглаживаемого сигнала; X,- - текущая i-та яордината исходного сигнала. Обычно величина NC - выбирается равной

где m - некоторая постоянная.

Это устройство имеет более простую схему, однако, основиыи недостатком известного устройства Является то, что оценка матетнческого ожидания, вычисляемая с помощью приведенного алгоритма является недостаточно эффективной, в связи с чем устройство имеет низкое быстродействне.

Целью изобретеняя является повышение быстродействня.

Это достигается тем, что в устройство вводят счетчик отсчетов, второй сумматор и блок заД1ания коэффициентов деления, причем выход первого сумматора через блок задания коэффициентов деления I подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен ко входу регистра, второй выход которого под5 ключей ко второму входу второго сумматора Н к выходу устройства, вход счетчика отсчетов подключен .ко входу устройства, а первый выход- ко входу первого дешифратора, второй выход - ко входу второго дешифратора, перВый выход первого дешифратора соединен с первым входом первого элемента И, а второй выход.- с .первым входом второго элемента И, первый выход второго дешифратора соединен со вторым входом первого элемента И, а второй выход - со вторым входом второго элемента И, выходы элементов И соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из установочных входов триггера знака, другой установочный вход которого соединен со вторым выходом второго сумматора, а выход триггера знака подключен к блоку задания коэффициентов деления. В результате определения оценки матетического ожидания проводится но вышеприведенной формуле, но с изменяющимся числом NC fl зависимости от количества накопленных ординат. Первая выборка проходит без деления. Далее с NI по N2 выборки коэффициент деления устанавливается равным NC 2-2 с NanoNa -Ne 4 - 2. е N по 2 и т.д. до N„1,начиная с которого коэффициент NC становится постоянным и равным N« 2 . . При этом границы участков для коэффициента NC 2 выбирается равными Nn - У причем число 2 как раз делит выбранный участок (от Nn |-2доМ„-ц |- ) попоРекуреитная формула для предлагаемого устройства будет где li О на интервале н- NI, П 1, на интервале NI Ч- Nj, п 2, на интервале NZ -т- N3 и т.д. п т, на интервале Nm-i - . При этом, например, максимальное смещение будет постоянное до N -ного момента и равное 5е„ ао-ехр --f- а дальше смеШ,ение асимптотически стремится к нулю. Таким образом, алгоритмы вычисления сценки матетического ожидания предлагаемого устройства обеспечивают постоянное, но значительно меньшее смещение, чем у известного устройства до момента Nm, а дальше смещение оценки предлагаемого устройства, также как и известного устройства стремится асимптотнчёски к нулк). На чертеже представлена блок-схема пред лагаемого цифрового сглаживающего устройства. Устройство содержит вход 1 сумматора 2, блок задания коэффициентов деления 3 сумматора 4, регистр 5, счетчик отсчетов 6, дешифраторы 7 и 8, элементы И 9 и tO, элемент ИЛИ И и триггер знака 12. Предлагаемое устройство реализует цифровой алгоритм с переменными коэффициентами деления 2, зависящим от количества поступивших на вход отсчетов входной функции, причем отсчеты входной функции разбивают на участки .действия каждого очередного значения 2 (параметр п. нарастает от нуля до максимальното выбранного значения т). Для получения минимального смещения оценки границы участков выбираются от 2/3-2.до 4/3-2rf f- ,. при этом значение 2 /является средним значением этого участка. При этом, если фиксировать количество поступивших отсчетов в виде параллельного двоичного кода, то границы участков будут иметь код, у которого либо во всех четных разрядах единицы, начиная с первого до п, а нечетных - нули, либо во всех нечетных разрядах от первого до п-го единицы, а в четных нули, т.е. 1-20 10-2 101-2 1010-2. 10101-2« 101010-25 Таким образом, для 1 отсчета - коэффициент деления 2°; для 2х отсчетов - 2 2; лля 3-ь5 отсчетов - 2 4; для 6ч-10 отсчет тов 23 8. Работа устройства происходит следующим образом: отсчеты входной функции Х; -в виде параллельного кода поступают через вход устройства 1 на вход сумматора 2. Одновременно в счетчике отсчетов 6 фиксируется код номера отсчета (код числа «1), т.е. единица кода в младшем разряде, что соответствует первой границе, и проходит на дешифратор 7. При этом на выходе дешифратора 7 появится сигнал, взводящий через открытый элемент И 9 н элемент 11 триггер знака 12. Этот триггер управляет блоком задания коэффициентов деления 3, который при первом отсчете пропускает код входной функцни Xj, с выхода сумматора 2 на вход сумматора 4 без изменения. На втором входе сумматора 4 сигнал с выхода регистра 5 при первом отсчете равен нулю. После окончания суммирования с сумматора 4 подается сигнал сброса триггера знака 12. Сброс триггера 12 является командой для блока 3, который переводится в следующее положение. С выхода сумматора 4 значение первого входного отсчета Xi запоминается до следующего отсчета в регистре 5, который является одновременно выходным регистром. При поступ лении второго отсчета Xj в счетчике отсчетов 6 фиксируется код числа «2, т.е. единица кода во втором разряде, что соответствует следующей границе, который проходит через дешифратор 8, открытый элемент И 10, элемент ИЛИ Пи взводит триггер знака 12. Одновременно второй отсчет входной функции Хг суммируется иа сумматоре 2 с дополнительным кодом значения XI, запомненном на регистре 5, в результате чего получается код, соответствующий алгебраической сумме Xj-X). При втором отсчете блок 3 полученный сигнал с триггера 12 после обработки первого отсчета, пропускает код значения на вход второго сумматора 4 со сдвигом на один разряд в сторону младших, т.е. осуществляет делеяйе на 2. Полученное при этом значенне суммируется на сумматоре 4 со значением Xi, запомненном на регистре 5. Сумма X| + „, - Хсг/г является сглаженным значеннем двух первых отсчетов, т.е. Хс/ гПосле окончания суммирования вычисленное на сумматоре 4 значение заносится в регистр 5, выдается на выход устройства и вырабатывается команда на сброс триггера знака 12. Сброс триггера знака 12 переводит многопозиционную электронную переключающую схему 3 в следующее положение. Поэтому третий отсчет входной функции Xs, просуммированный на сумматоре 2 со значением - Хс).г, подаваемым на второй вхол сумматора 2 с регистра 5, проходит через блок 3 со сдвигом на 2 разряда в сторону младшнх. Таким образом, на первый вход второго сумматора 4 поступает значение

Xi

3

2

которое суммируется со значением Хсм . записанным в регистре 5. В результате с выхода сумматора 4 на регистр 5 заносится значение

Л .г

tt4i 1

После окончания суммирования на сумматоре 4 это значение снимается с регистра 5 на выход устройства.

В счетчике отсчетов 6 при поступлении 3-го входного отсчета будет установлен код числа «3, т.е. единицы кода в 1 и 2 разрядах, которые пройдут через дещнфраторы 7 и 8. При этом напряжение с обратного выхода дешифратора 7 закроет элемент И 10, а напряжение с обратного выхода дешнфратора 8 закроет элемент И 9, т.е. прн наличии одновременно в четных и нечетных разрядах кода числа количества отсчетов оба элемента И 9 и 10 закрыты.

Триггер 12 не будет взведен и при 4-ом, отсчете, так как у этого кода единицы в 3-м разряде и нуль в первом разряде. Следователь-, но, триггер 12 будет взведен только при 5«м отсчете и сброшен после окончания суммирования в сумматоре 4, что дает команду на переJ9Qfl блока задання коэффициентов деления 3 в новое положение, прн котором она будет осуществлять деление на 2.

Так в предлагаемом устройстве осуществляется работа по алгоритму с переменным коэффициентом делення 2 до достижения им максимального значения 2™, обеспечиваются блоком задания коэффициентов деления 3. После достижения чнсла 2 блок 3 выдерживает этот . коэффициент деления при любом количестве отсчетов N 2.

го

Формула изобретения

Цифровое сглаживающее устройство, содержащее регистр, первый сумматор, первый вход которого подключен к первому выходу регистра, а второй - ко входу устройства, два элемента И, элемент ИЛИ, триггер знака, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введены счетчик отсчетов, второй сумматор, два дешифратора и блок задания коэффициентов деления, причем выход первого .сумматора через блок задания коэффициентов деления подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен ко входу регистра, второй выход которого подключен ко второму входу Второго сумматора и к выходу устройства, вход счетчика отсчетов подключен ко входу устройства, а первый выход - ко входу первого дешифратора, второй выход - ко входу второго дешифратора, первый выход первого дешифратора соединен с первым входом первого элемента И, а второй выход - с первым входом второго элемента И, первый выход второго дешифратора соединен со вторым входом первого элемента И, а второй выход - со вторым входом второго элемента И, выходы элементов И соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход Которого соединен с одним из установочных входов трнггера знака, другой установочный вход которого соединен со вторым выходом второго сумматора, а выход триггера знака подключен к блоку задання коэффициентов деления.

Источники ннфррмации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Грибанов Ю. И. и др., Автоматические цифровые корреляторы. Энергия, М., 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 356644, кл. G 06 F 7/38, 1970. Введение новых несложных блоков выгодно отличает устройство от прототипа, так кпк осуществляет вычисление новой более эффективной оценки с помощью оператора экспоненциального усреднения с переменным коэффициентом делення, что дает возможность существенно уменьшить смещение этой оценки на начальном участке. Так например, для процессов с MX (t) BO смещение оценки в известном устройстве при больших коэффициентах деления 2 вначале имеет величину, близкую к QO, т.е. погрешность измерения близка к 100°/о. В предлагаемом устройстве смещение оценки для процессов с Мх (t) До для 2-х, 3-х. 4-х отсчетов равно нулю,, для пяти отсчетои « -7,5/о, для 6-ти отсчетов - °/о и т.д. С увеличением количества отсчетов до заданного числа 2 и далее смещение оценок становится одинаковым и равным &, где N - количество поступивших отсчетов. При N - Б.;г-0.