Устройство для усреднения случайного процесса Советский патент 1978 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО для УСРЕДНЕНИЯ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

1

Изобретение относится к средствам специализированной цифровой вычис.пгительной техники, предназначенной для аппаратурного анализа случайных процессов ,

Известен аналого-цифровой преобразователь , в котором выбор масштаба диапазона кодирования случайного процесса по уровню и центрирование до кодирования выполнено введением отдельных блоков для измерения математического ожидания, функции распределения и идентификации. Сложность построения введенных блоков, критичность к априорному знанию параметров корреляционной функции и невозможность измерения текущих ста тистических характеристик являются недостаткс1ми данного устройства.

Известно устройство для усреднения случайного процесса 2 , содержащее аналого-цифровой преобразователь , первый вход которого соединен со входом устройства, а выход подключен .к первому входу блока элементов И.11И, выход которого соединен с первыми входами сумматора-вычитателя, блока,перезаписи и триггера знака, второй вход которого объединён до BTрым входом блока перезаписи и подклю

чен к выходу сумматора-вычитателя,втрой вход которого соединен с первым выходом блока перезаписи, а третий выход сумматора-вычитателя подключен к выходу блока запоминания знаков, первый вход которого соединен с выходом триггера знака, и подключен к третьему выходу блока перезаписи, втрой выход которого соединен со входом блока памяти, выход которого подключен ко второму входу блока элементов ИЛИ, к первым входам блока управления н преобразователя код - временной интервал, выход которого через аналоговый переключатель подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, первые четыре выхода блока управления соединены соответственно с третьим входом блока элементов ИЛИ четвертым входом блока перезаписи, со вторым входом блока запоминания знаков и четвертым входом сумматора-вычитателя.

Данное устройство применимо только для определения текущих оценок математического ожидания и полуразмаха в условиях наличия априорной информации о параметрах корреляционной функции и симметричности плотности распределения случайного процесса.

Цель изобретения - повышение точности одновременного измерения текущих оценок смещения, полуразмаха и адаптивного шага по времени при обработке кваэистационарных реализаций случайного процесса.

Это достигается тем, что устройство для усреднения случайного процесса содержит блоки выбора уровня анализа, формирования веса, анализа кода, счетчик, генератор случайных чисел и элемент И, при этом первый вход блока выбора уровня анализа соединен с выходом блока памяти, а первый выход блока выбора уровня анализа подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя, к первому входу генератора случайных чисел, ко второму входу преобразователя код-временной интервал и к первому входу счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом генератора случайных чисел, второй вход которого соединен с пятым выходом блока управления, второй вход счетчика подключен ко второму входу блока выбора уровня анализа и ко второму выходу аналого-цифрового преобразователя, второй выход блока выбора уровня анализа соединен со вторым входом блока управления, шестой выход которого соединен с третьим входом блока выбора уровня анализа, седьмой выход блока управления соединен с третьим входом счетчика, четвертый вход которого подключен к выходу элемента И, один вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, выход блока запоминания знаков соединен с другим входом элемента И и с первым входом блока анализа кода, второй вход которого соединен с девятым выходом блока управления, а третий вход - с выходом блока памяти, выход блока анализа кода подключен к пятому входу блока перезаписи, шестой вход которого соединен с выходом блока фор. мирования веса, первый вход которого подключен к выходу блока памяти, а второй - к десятому выходу блока управления.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства. Она состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, первый вход которого соединен со входом устройства, а выход подключен к первому входу блока элементов ИЛИ 2,выход которого соединен с первыми входами сумматора-вычитателя 3, блока перезаписи 4, триггера знака 5, второй вход которого соединен со вторым входом блока перезаписи 4 и подключен к выходу сумматоравычитателя 3, второй вход которого соединен с первым выходом блока перезаписи 4, а третий вход сумматоравычитателя подключен к выходу блока запоминания знаков 6, первый вход которого подключе) к выходу триггера знака 5. Второй выход блока перезаписи 4 соединен со входом блока памяти 7,выход которого подключен ко второму входу блока элементов ИЛИ 2, к первым входам блока управления 8 и преобразователя код-временной интервал 9, выход которого через аналоговый переключатель 10 подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя 1. Первые четыре выхода блока управления 8 соединены соответственно с третьим входом блока элементов ИЛИ 2, четвертым входом блока перезаписи 4, со вторым входом блока запоминания знаков 6 и четвертым входом сумматора-вычитателя 3. Первый вход блока выбора уровня анализа 11 соединен с выходом блока памяти 7. Первый выход блока выбора уровня анализа 11 подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразователя 1, к первому входу генератора случайных чисел 12, ко второму входу преобразователя код-временной интервал 9 и к первому входу счетчика 13, выход которого соединен третьим входом блока элемента ИЛИ 2, четвертый вход которого соединен с выходом генератора случайных чисел 12, второй вход которого соединен с пятым выходом блока управления 8. Второй выход счетчика 13 и второй выход аналого-цифрового преобразователя 1 подключен ко второму входу блока выбора уровня анализа 11. Второй выход блока выбора уровня анализа 11 соединен со вторым входом блока управления 8, шестой выход которого соединен с третьим входом блока выбора уровня анализа 11. Седьмой выход блока управления 8 соединен с третьим входом счетчика 13, четвертый вход которого подключен к выходу элемента И 14, один вход которого подключен к восьмому выходу блока управления 8. Выход блока запоминания знаков б соединен с другим входом элемента И .14 и с первым входом блока анализа кода 15, второй вход которого соединен с девятым выходом блока управления 8, а третий вход - с выходом блока памяти 7. Выход блока анализа кода. 15 подключен к пятому входу блоха перезаписи 4, шестой вход которого соединен с выходом блока формирования веса 16, первый вход которого подключен к выходу блока памяти 7, а второй вход - к десятому выходу блока управления 8.

Предложенное устройство преобразует исследуемый пр9Цесси(1) в центрированные отсчеты 11 ,() разность между п -ым отсчетом Ufj и п-ой оценкой среднего по уровню

преобразованной в напряжение

m

tu 5 По отсчетам U определяются сушественные отсчеты {й,с1 ин текущим апертурам i U,,rJ и приведенной апертуре 2 (после 01либки) . По существенным отсчетам 11 (-3 определяются оценки средних по уровню т„ и по интервалу АТ„ и полуразмахаР„ Пери одически корректируются диапазонгл п смещению размаху Р, интервалу дТц. Рассмотрим принцип определения оценок т и йТ„ по рекурентным алго ритмам m, (Ufl i. 1 П + 1,С n + l,2l где W fi , m „ , ьт п 41, йТ „ - текущие и предыдущие оценки средних по уров ню и интервалу; 2 , 2 - весовые коэффициенты; . ,5 + , - случайные числа;11 n + j,c(Un + i.c-un)KB хоД центрирования существенного отсчета лТг,ц.(,-лТ„ J,-ЛТп - код центрированного интб 5вала. между существенны ми отсчетами Т j,j.H О J .. После определенияпредыдущих оце нок т и йт„ в п. -ом цикле начинается процесс определения существенHQro отсчета j (, и оценоктл. п-И этом оценка iri „ с первого выхода блока запоминания посту пает через первый вход в преобразователь код-временной интервал 9, ко торый совместно с аналоговым перекл чателем 9 преобразует код т„ в напряжение TJ , поступающее через второй вход в аналого-цифровой преобразователь 1 для формирования на его выходе центрированных отсчетов t.-i и„ -и„ . Отсчеты через первый вход блока элементов ИЛИ 2, через первые входы поступают в сумматор-вычитатель 3 и триггер знака 5, куда также d блока памяти 7 через второй вход блока элементов ИЛИ 2 поступает предыдущий существе ный отсчет TJ fjc .С выхода блока памяти 7 через первый вход в блок фор мирования веса 16 поступает и ПС ,и формируется текущая апертура 2 -iln 2 - приведенная апертура, задава мая через второй вход блока формиро вания веса 16 с десятого выхода бло ка управления 8. Оценка выхода блока формирования веса чер шестой вход блока перезаписи 4 поступает через второй вход в сумматор-выч итатель, где образуются раз ности lUn-i-i - и ПС 1-2 l и ПС ulj „.j . Параллельно через элемент И 14 по одному из его входов с восьмого вы хода блока управления 8 в счетчик 13 через его четвертый вход поступает столько импульсов, сколько в сумматоре-вычитателе 3 образуется 27 разностей U,., j. Дпя этого тригг-ер знака 5 следит за знаком 5(йи через блок знаков б по другому входу элемента И 14 управляет прохождением импульсов в счетчик 13 до момента, при котором впервые, например,sigti 411 , ц. j, + 1, т.е. будет определен момент появления нового существенного отсчета U интервала iTa4j.-uTn+i с 1 опорный интервал. При этомв счетчике фиксируется число , пропорциональное интервалу междуTJ иХГ, а отсчет 1Гр, запоминается в блоке памяти 7. Существенный отсчетХ .с блока памяти 7 через второй вход блока элементов ИЛИ 2 поступает по первым входам в сумматор-вычитатель 3 и триггер знака 5. С выхода блока анализа кода 15 считьшается предыдущая оценка полуразмаха 11 1 , которая через четвертый вход блока перезаписи 4 с его первого выхода через второй вход поступает в сумматор-вычитатель 3, который совместно с триггером знлка 5 и блоком запоминания определяет знак разности S§l() Если знак этой разности отрица1;ельный, то сохраняется оценка 1Г„ , а если, например 1 п(11Г,:ц |--й„) + 1, то с блока запоминания знаков 6 по первому входу в блок анализа кода 15 поступает сигнал, по которому вместо оценки в блок анализа кода 15 через его третий вход с выхода блока памяти записьшается существенный отсчетЩ р и„ J - новая оценка полуразмаха вместо старой UnmЗатем с блока памяти 7 вызывается отсчет) f, J ,с выхода генератора случайных чисел 12 вызывается случайное числоЗ,, J ОценкиИ. + i.i через второй и четвертый входы блока элементов ИЛИ 2 через первые входы поступают в сумматор-вычитатель 3 и триггер знака 5 , формирующие сумму (.Un4i,.i).c /которая через второй и третий входы записьшается через блоки перезаписи 4, памяти 7 по первому входу в блок формирования веса 16, определяющий величину которая через шестой вход блока перезаписи 7 записывается через второй вход в сут 1матор-вычитатель 3. С блока памяти 7 через второй вход блока элементов ИЛИ 2 по первым входам записывается в с тчматор-вычитатель 3 и триггер знака 5 предыдущая оценка среднего по уровню и определяется новая оценка (Un4..i Затем с блока памяти 7 вызывается оценка среднего дТ„ , а со счетчика 13 вызывается оценка текущего интерваладт„, которые через второй и третий входы блока элементов ИЛИ 2 через первые входы поступают в сумматор-вычитатель 3 и триггер ,знака 5, формирующие разность лТ„ ,.j(j - ЛТ п С выхода геисратора случайных чисел 12 через чл- твертый вход 3 и триггер знака 5 вызывается случайное .число бп412 и формируется величинадТ д п 1д + ic которая через второй и третий входы записывается через блок перезаписи 4, блок памяти 7 по первсаду входу в блок формирования веса 16, определяю щий величину 2® AT|J44c/ которая через шестой вход блока перезаписи 7 записывается через второй вхоц в сумматор-вычитатель 3. С блока памяти 7 через вторые входы блока элементов ИЛИ 2 по первым входам записьлвается в сумматор-вычитатель 3 и триггер SHaija 5 предыдущая оценка среднего по интервалу дт„ и определяется но вая оценка uTn t-iVs® (лТп4 i.c п+ j,2). Полученные оценки уп,. идТ, запоминаются в блоке 7 вместо старых оценок rfi „(ц Л. п После циклов в блоке памяти 7 будут определены оценки средних по уровню м j , интервалу д. , и полуразмаху ij . Коррекция диапазонов по смещению Шд , размаху 11 g , интервалу дТ о, производится периодически через N циклов следующим образом. Оценки fn j , дТ JJ ,11 (jj с блока памяти 7 поступают через первый вход в блок формирования весов 16, с ыxofla которого величины , ),,, через шестой вход блока пере записи 4 с его первого выхода посту пают через второй вход в сумматорвычитатель 3. С блока памяти 7 чере второй вход блока элементов ИЛИ 2 поступают через первые входы в сумматор-вычитатель 3 и триггер знака 5 предыдущие диапазоны т а г дТд и определяются энаки азностей Sign(ma-2| l,S4gn(aTa-26 ATM,aign(TJa V Если знаки отрицательны J .J I , t tHlfl. V л. .Л 4, J. тоКоррекции диапазонов не происходит. В случае, если все зн ки положительны, то производится коррекция диапазонов по шаговым итеративным алгоритмам. 01+1- с« + (п1а-2® гпЯ), а41йТ„ йТ5,п(АТ„-2® дТ„), (3) Uo,.,AlIeign(, где д ги, ,uU - шаги коррекции форми руемые в блоке формирования веса 16 текущие и предыдущие оценки диапазо нов по смещению, интервалу и размаху, формируемые в сумматоре-вычитателе 3 и триггере знака 5 и запоминаемые в блоке памяти 7. Коррекция заканчивается тогда, когда знаки в алгоритмах (3), напри «.), мер,в4§п(то,-,)(дТ (.мт) будут ВП впервые отрица тельные. Полученные оценки диапазоно Wa + d Д а+/5- 0( Л г с блока памяти 7 через первый вход записываются в лок выбора уровня анализа 1Ф на есто предЕДдущих оценок диапазонов а I с Uo( С первого выхода блоа выбора уровня анализа 11 произвоится выбор диапазонов по смещению, азмаху и, интервалу в преобразоваеле код-временной интервал 9 через его второй вход, в генераторе слуайных чисел 12 и счетчике 13 через ИХ первые входы. В случае, если при измерении в каком-нибудь цикле происходит переполнение в аналого-цифровом преобразователе 1 или счетчике 13, то по сигналам с их вторых выходов через второй вход в блок выбора уровня анализа 11 подается сигнал для проведения очередной коррекции всех диапазонов или только тех, в которых зафиксировано несоответствие выбранных диапазонов и параметров процесса 11(1) . Команда о начале коррекции поступает со второго выхода блока выбора уровня анализа 11 в блок управления 8 через его второй вход. Из описанного видно, что повышение точности достигнуто за счет одновременного измерения текущих оценок средних по уровню rh , по интервалу лТ ) , полуразмаху tt { по существенным ординатам не 3 их интервалам {йТ(1сЗ адаптив -юго выбора рабочих диапазонов пр. смещен.ию та г интервалу йТ , ра змаху 11 о; в соответствии с fu „ / дТ , . Применение вспомогательных случайных чисел б З позволяет умень шить смещенность оценок m „ , л , из-за грубого деления на весовые коэффициенты 2®i и в алгоритмах (1-2) центрированных отсчета .s интервала ДТ jj,. Формула изобретения Устройство для усреднения случайного процесса, содержащее аналогоцифровой преобразователь, первый вход которого соединен со входом устройства, а выход подключен к первому входу блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с первьми входами сумматора-вычитателя блока перезаписи и триггера знака, второй вход которого Объединен со вторым входом блока перезаписи и подключен к выходу сумматора-вычитателя, второй вход которого соединен с первым выходом блока перезаписи, а третий вход сумматора-вычитатепя подключен к выходу блока запоминания знаков/ первый вход которого .объединен с выходом триггера знака и подключен к третьему входу блока перезаписи, второй выход которого соединен со входом блока памяти, выход которого подключен ко второму входу блока элементов ИЛИ, к первым входам блоffa управления и преобразователя код