(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР
- . . . . Изобретение относится к вычислительной технике и может быть испольэрвано ДЛЯ статистического анализа случайных процессов. Известен статистический анализатор, содержащий регистр сдвига, блоки сравнения, схемы И, датчик рав номерно распределенных случайных чисел, блок суммирующих счетчиков,блок местного управления, и позволяющий ВЫЧИСЛИТЬ следующий комплекс оценок статистических характеристик (СХ) сЛ чайных процессов: моменты и момёнтны функции, а также одномерные интеграл ные и дифференциальные законы распределения 1 . Недостаток такого статистического анализатора состоит в том, что он не позволяет вычислять двумерные и ycJlOвныe законы распределения, а также получать оценки СХ длительностей выбросов и пачек выбросов случайных процессов, определение которых необходимо во многих случаях. Наиболее близким техническим решением к изобретению является статистический анализатор, содержащий сдвигающий регистр, выходы, которого через группу элементовИ-ИЛИ подклк чены к входам соответствующих счетчи .кЪв, два блока обработки процесса, каждый из которйх содержит два компаратора , первые входы которых соединены с COOTйетбТВующим входом анализатора, а выходы подключены к входам комйутатора своего блока, выход крммутатора первого, блока обработки процесса подключен к одному из:подвижных контактов . перек.гаЬчате.г1Я, к сдвиговому; входу сдвигающего регистра, ВБЕсбды коммутаторов обоих 6.ПОКОВ обработки процесса подключены к соотвеГстйуйщим входам группы элементов И-ИЛИ и к nepfebftvi входам элементов И-ИЛИ своего блока, вЫходы которых подключены к соответствующим счетчикам своего блока, неподвижный KOHTakT переключателя соединен с вторЫлм входами элементов И-ИЛИ второго блока обработки процесса, вторые входы компараторов в каждом блоке соединены с выходом цифро-аналогового преобразователя своего блока, входы цифроаналогового преобразователя соединены с выходами Датчика случайных чисел и входами дешифратора своего олока обработки процесса, выходы дешифратор первого блока обработки процесса подключены к вторым входам элементов И-ИЛИ своего блока, а выходы дешифратора второго блока обработки процесса подключены к третьим входам элементов И-ИЛИ своего блока, управляющие входы всех элементов Й-ИЛИ подключены к шине код режима и к первым управляющим входам коммутаторов, вторые управляющие входы которых, а также управляющие входы датчиков случайных чисел и всех счетчиков анализатора подключена к шине тактовых импульсов 2,
Этот статистический анализатор определяет оценки корреляционных функций, одномерных интеграл-ьных и дифференциальных законов распределёнйя; двумерных и условных интеграль ных и дифференциальных законов распределения . ;
Недостаток его состоит в том, что его функциональные возможности:гограничёны-: он не позволяет вычислить СХ длительностей,выбросов и длитель ностей пачек выбросов случайного процесса. Оценка указанных СХ необходима при решении многих прикладных задач.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных воз можностей анализатора за счет опредеЛения. оценки ртатистических характеристик длительностей выбросов и пачек выбросов, которые обеспечивают вычисление интегральных и дифференциальных законов ра спределения длительностей Выбросов, вероятностей появления пачек выбросов при различных значениях интервалов дискриминации пачек, средних длительностей.этих пачек и средних длительностей выбросов в пачках. Приэтом под пачкой выбросов понимается последовательность выбросов, следующих друг за другом через интер.валы, длина которых не превосходит эадаЙНогО значения, называемого ин.тёрваЛом дискриминации пачки.. .
ЙЬётавЯёйнай цель достигается тем что в етатистический анализатор авеДейы во второмблоке обработки проЦесса по числу счётчиков блока селекции кодов и управляемые формирователи, при этом входы блоков селекции кодов соединены с;выходами соответбтйующёгб с етчика блойа, а выхОд йодклйчён к пёрвому информационному входу управляемого формирователя, 1второй информационный вход ко орОг0 соединв с неподвижные контактом первключателя, первый управляющий вход управляемого фО1 :м1 Ш1Челя соединён с шинойтактовых импульсов, второй с шиной код режима , первый выхо каясдрго управляемого формирователя поЙкЛй ён к третьему входу соответ. ствующего элемента И-ИЛИ первого блока обработки процесса, второй выход ;к четвёртому входу соответствующего элемента И-ИЛИ первого блока обработ
ки процесса и к соответствующему входу группы элементов И-ИЛИ, а третий выход каждого управляемого формирователя подключен к входу сброса соответствующего счетчика своего блока обработки процесса. ,
На фиг. 1 приведена схема статистического анализатора; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу.
Анализатор содержит два блока- обработки процесса 1, 2. Блок 1 имеет в своем составе.компараторы 3 и 4, на первый вход каждого компаратора поступает один и з анализируемых сигналов x(t), а к второму подключен вы::од цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 5. Компаратор 3 настроен так, что сигнал на его выходе равен Уровню логической единицы при x(t)U где и - напряжение с выхода ЦАП 5, на выходе 4 - при x(t), гдеди равновесу младшего разряда ЦАП 5. Выходы компараторов 3 и 4 подключены к информационным входам коммутатора б, имеющего триггерный выход, соединенный с первыми входами элементов И-ИЛИ 7, которяле подключены своими выхода к счетным входам счетчиков 8. ,
Вторые входы каждого элемента 7 соединены с соответствующими вькодами дешифратора 9, входы которого в свою очередь подключены к одноименным выходам датчика случайных чисел (ДСЧ) 10, соединенным также с входами ЦАП 5. ДСЧ 1о имеет шины занесения кода, задающего фиксированный уровень на выходе 11 АЛ 5. . .
Во втором блоке оЪработрки процесс анализатор содержит также два компаратора 11 и 12. На первый вхЬд каждого компаратора поступает другой анализируемый сигнал y(t), а ко второму входу подключен выход ЦДЛ 13. Компараторы настроены так, что сигнал с выхода компаратора 11 равей уровню логической единицы при y(t) где Uj - напряжение с выхода ЦАП 13, ас выхода компаратора 12 - при y(t)U2+AU. Веса одйоймённых разрядов ЦАП 5 и ЦАП 13 равны. ВыхЬДа кОМпараторов 11 и 12 подключены к информациойНыМ входам коммутатора 14, имеющего триггерный выход.
Одноименные входы ЦАП 13 подключенМ К выходам ДСЧ 15, саедийейным так с входами дешифратора 16, к входам которого подключейы вторые входы соответствующих элементов И-ИЛИ 17. Первые входы элементов 17 объединены и подключены к выходу коммутатора 14. Выходы элементов 17 подсоединены к счетным входам счетчикОзв 18.
Выходы счетчиков 18 подключены ко входам блоков селекции кодов 19, каждый из которых настроен на определенную кодовую комбинацию. Сигнал t выхода блока 19 равен логической единице при появлении на выходе сче чика 18 заданной кодовой комбинации Выходы блоков 19 подсоединены к первым информационным входам управляемых формирователей 20, каждый из которых имеет три выхода 21, 22 и 23. При этом выходы 21 формировател 1подключены к третьим входам соответ ствующих элементов И-ИЛИ 7 первого .блока обработки процесса, выходы 22 к четвертым входам этих элементов, а выходы 23 подключены ко входам сброса счетчиков 18. Выход коммутатора б соединен со входом сдвигающего регистра 24, с первым подвижным контактом переключателя 25 и с первым входом одного из элементов И-ИЛИ группы 26, на первые входы остальных элементов Игруппы 26 поданы соответствующие вы ходы сдвигающего регистра 24, вторые входы элементов 26 объединены и подключены к выходу коммутатора 14. На третьи входы элементов И-ИЛИ группы 26 подключены выходы 22 соот ветствующих формирователей 20. Выходы элементов 26 группы подключены к счетным входам счетчиков 27. На входы синхронизации ДСЧ 10 и ДСЧ 15 коммутаторов 6 и 14, сдвигающего регистра 24, счетчиков 8, 18 и 27, формирователей 20 поданы тактовые импульсы (ТИ). Управляющие входы эле ментов И-ИЛИ 7, 17, 26 и формирователей 20 подключены к шине кода режима работы. Устройство работает следующим образом. Режим 1. Вычисляются оценки корреляционных функций и оценки одномерных интегральных законов распределения. Переключатель 25 - в крайне верхнем положении. С выходом ДСЧ 10 и ДСЧ 15 на входы ЦАП 5 и ЦАП 13 и дешифраторов 9 и 16 поступают последовательности случайных равномерно распределенных чисел. С выхода ЦАП t на входы компараторов и 4 поступают случайные равноме|зн6 распределенные сигналы U(t), а с выхода ЦПА 13 на входы компараторов 11 и 12 случай ные равномерно распределенные сигналы S(t), перекрывающие диапазоны изменения входных сигнгшов x(t) и y{t) Коммутаторы 6 и 14 в этом режиме про пускают сигналы с выходом компараторов 3 и 11 - КОМ 3 и КОМ 11: kO/v Э Гх Ct,) KON 1 siQrn (tp , « V C -lonpr c, 1 - номер текущего такта. Сигналы с выхода коммутатора 6 заДёржйеайТсЯ наврёШ kAt на регистре сдвига 24, где дЪ - период следования импульсов синхронизации: k 1,2,3,...п п - число разрядов сдвигающего регистра. С выхода k - того элемента И-ИЛИ 26 группы на вход счетчика поступают сигналы , комз - КОАЛ 1-( коАлэ-ko l(( KAti то есть в k-oM счетчике 27 подсчитывается число совпадений знаков N f Г1 HCKu.f) s ((t.1 4tt--K&t.V -s(t.-KAf) vs-igrn x((t,0 ( J . ,-Кд1)| N - объем выборки. / Знаковая корреляционная функция определяется известным соотношением ,.; 2H( Q;,(клt Оценки одномерных функций распределения F(х) и F(y) формируются соответственно на счетчиках 8 и 18. Каждая из оцеНок получается в виде точек, равноотстоящих вдоль оси аргумента на U.UНа каждом j-ом счетчике 8 и 18 подсчитывается количество импульсов n(j), которые по амплитуде меньше уровня напряжения U задаваемого в первом блоке с помощью .ДСЧ 10 и ЦАП 5, а во втором - ДСЧ 15 и ЦАП 13. nQ-))U.j Счетчик номер j подключается с помощью дешифраторов 9 и 16. Оценка j-ой точки функции распределения определяется из соотношения .,- ,-MLL N Режим 2. Одновременно вычисляются оценки W(x) и W(y) одномерных дифференциальных законов распределения. Они формируются на счетчиках 8 и 18 в виде точек, равноотстоящих ло оси X и ус шагом дП. На выходе коммутатора 6 в этом режиме сигнал равен конъюнкции КОМЗ&-КОМ4,тоесть на счетчике 8 подсчитывается количество импульсов m{j) ,гилплитудное значение которых попадает в интервал ,-+4U Счетчик номер j подключается с помощью дешифратора 9. Оценка j-ой точки функции плотности распределения определяется из отнацвнияW(Xj)r-iS. Для второго блока - аналогично. Режим 3. Вычисляются оценки F(x;y;-C) и F (у;-г) х (t)U ) двумерных и условных иитегральных законов распределения. Указанные оценки получаются на счетчиках 18 в виде оценок точек сечени.я по у при х U const и Г kAt; k const, где k - номер разряда сдвигающего регистра 24, который оказывается подключенным к элементу И-ИЛИ 17 с помощью переключателя 25. В этом режиме коммутаторы б и 14 подключают выход компараторов 3 и 11 Положение переключателя 25 изменяется В зависимости от нужного значения аргумента ДСЧ 10 после каждых N измерений заносится цифровой код, которому со Ответствует уровень на выходе ЦАП 5. Элемент 17 за номером k формирует конъюнкцию сигналов с вШода коммутатора 14 и выхода коммутатора б, задержанные на k тактов (k 1,2,...п), На т-ом счетчике 18 подсчитывается количество тактов, во время которых справедливо sлenUГ( I L J Ч I rnf -i - номеп TeKvmero такта текущего где 3 - номер j 1,2...N - напряжение с выхода ЦАП которому соответствует код тс ДСЧ 15. То есть, на т-ом счетчике 18 пр таком положении переключателя 25, когда на вход элемента И-ИЛИ 17 по ключен k-ый разряд регистра 24, а на ДСЧ 10 зафиксирован такой код, что с выхода ЦАП 5 напряжение равн подсчитывается вероятность P x cj-kiut u - и v(3u.-f)U..,,.,V оценка точки двухмерного интеграль ного закона распределения для фиксированного k и может быть найпена из соотношения .() 1Ггде И|г( показание счетчика m нак пителя 18. оценки F tU2rt,, г {x(t) ) УСЛОВНЫХ законов распределения мог быть, пблучены аналогично, использу соотношение - I i ili2lillLE2- . ,-,T/AU) f (U F ( ) - вычисляется в режиме 1. Режим 4. Вычисление оценок ,y,r), W(y;t/X), двумерных и условных дифференциальных законов распределений. Отличие данного реж ма от предыдущего в том, что с выходов коммутаторов 6 и 14 поступают сигналы КОМ 38fKOM4 и КОМ12, т.е. на т-ом счетчике 18 при положении переключателя 25, когда вход элементов И-ИЛИ 17 подключен к k-му разряду сдвигающего регистра 24, а на ДСЧ 10 зафиксирован такой код, что с выхода ЦАП 5 напряжение равно U подсчитывается вероятность ) и U2(ji-bKU2 Au которая есть оценка точки двумерного дифференциального закона распределения или фиксированного U и, может быть найдена из соотношения lK J ii iC-- -t lfОценки J,)U,, условных законов распределения могут быть получены из соотношения г j. т .,.xct)u-tuulr- -- -11 J к г и . 1 - - L -и J Режим 5. Вычисляются оценки интегральньзх законов распределения длительностей выбросов процесса x(t) . , Переключатель 25 установлен в верхнем положении. Исследуемый сигнал x(t) подается на входы обеих пар компараторов. На ДСЧ 10 и ДСЧ 15 заносятся равные коды, соответствующие уровню и Ц, Ug на выходах ЦАП 5 и ЦАП 13, относительно которого определяются СХ выбросов. Коммутатор б пропускает сигналы с компаратора 3. Временная диаграмма работы анализатора в режиме 5 приведена на фиг. 2а (для селектора, настроенного на код двойки). . 1 На счетные ходы счетчиков 8 подаются сигналы с выхода коммутатора 6 через элементы И-ИЛИ 17. Таким образом, на счетчиках 18 второго блока подсчитывается число тактов, в течение которых сигнал x(t)U. В момент выработки блоками 19 единичного уровня, отмечающего совпадение содержимого счетчиков 18 и соответствующих кодовых комбинаций, формирователи 20 вырабатывают на своих выходах 21 импульсы, отмечающие события превышения длительности выброса заданного порога. Эти импульсы через элементы И-ИЛИ 7 поступают и накапливаются на счетчиках 8. По окончании каждого выброса формирователи 20 реагируют на .установление сигнала с коммутатора в ноль и вырабатывают импульсы на своих выходах 23, сбрасывающие счетчики 18. С приходом очеродного выброса цикл работы устройства повторяется. Таким образом, каждый счетчик 8 подсчитывает количество выбросов, длительность которых больше или рав на заданной, на которую настроена соответствующая схема селекции. Оце ка каждой точки функции распределен длительности выброса получается как отношение количества выбросов, длительность которых больше заданной, к общему числу выбросов, фиксируемому селектором, настроенным на наименьший код. Режим 6. Вычисляются оценки диффер нциальных законов распределения выбросов. Отличие от предыдущего режима в том, что счетчики В подсчи тывают количество импульсов, сформи рованных элементами Л-ИЛИ 7 как конъюнкции сигнала по выходу 21 фор мирователя 20 и инверсия сигнала с .выхода компаратора 3. Работа анализ тора поясняется временной диаграммой, приведенной на фиг. 2а, б. Режим 7. Вычисляется оценка интегрального распределения числа пачек выбросов при различных значениях интервалов дискриминации пачки. Рабо та анализатора в этом случае поясня ется временной диаграммой фиг. За (для блока селекции, настроенного на код интервала дискриминации, равный двум). СчетЧики 18 и блоки 19 в этом .режиме выполняют роль дискриминаторов пачек по интервалу заданной длительности, равной кодовой комбинации, на которую настроена схема селекции. При этом на счетчиках 18 подсчитывается число тактов, когда значение сигнала выше уровня и, установленнот с помощью ДСЧ 10 и ЦАП 5. В момент равенства содержимого счетчика 18 кодовой комбинации соответствующего блока селекции кодов 19 запускается формирователь 20, который вырабатывает по выходу 21 импульс, отмечающий окончание очередной пачки. По ;этому импульсу соответствующий элемент И-ИЛИ 17 увеличивает содержимое своего счетчика 8, Каждый приходящий с выхода коммутатора б нулевой сигнал, указывающий что входной сигнал x(t) в этом такте меньше уровня U, запускает формирователь 20, который выдает импульс сброса по выходу 22. Таким образом, на счетчиках 8 подсчитывается количество пачек при .значениях интервала дискриминации, устанавливаемых селек торами . Оценка каждой точки интегральной функции осуществляется делением нако ленного числа в счетчику 8 на содержимое счетчика 8, соответствующего минимальному интервалу -дискриминации Режим 8, Оценивается средняя длительность пачек выбросов при различных значения;х интервалов дискриминации пачек. Работа анализатора в этом случае поясняется временными диаграмами на фиг,За,б, Счетчики 8 подсчитывают, как и в режиме 7, количество импульсов с выходов 21 формирователей 20, отмечающих появление пачек выбросов, С выходов 22 формирователей вырабатываются сигналы, длительность которых равна длительности соответствующей пачки. Эти сигналы через элементы И-ИЛИ группы 26 поступают на вход счетчиков 27, на которых накапливаются значения длительностей пачек. Оценки средних длительностей пачек определяются как отношение содержимого одноименных счетчиков 27 и счетчиков 8 первого канала. Режим 9, Подсчитывается средняя длительность выбросов в пачках, определяемых при различных значениях интервалов дискриминации (фиг. За, б, в). Устройство работает аналогично режиму 8, отличие сострит олько в том, что элементы И-ИЛИ .26 выдают на счетные входы счетчиков 27 конъюнкции сигналов с выходов 22 формирователей 20 и выхода коммутатора б, Таким образом, на счетчиках 27 подсчитывается общее количество тактов длительности выбросов в пачках с заданным интер- . валом дискриминации. Оценка средней длительности выбросов в пачках определяется как отношение содержимого одноименных счетчиков 27 и 8, Применение предложенного статистического анализатора наиболее эффективно при комплексном статистическом исследовании в реальном масштабе времени различных объектов, характеризующихся сигналами магагерцевого Диапазона, например, при оценке надежности каналов связи, при контроле качества запоминающих сред ЗУ. Формула изобретения Статистический анализатор, содеращий сдвигающий регистр, выходы которого через группу элементов И-ИЛИ подключены к входам соот.ветствующих счетчиков, два блока обработки проесса, каждый из которых содержит ва компаратора, первые входы которых соединены с соответствующим входом анализатора, а выходы подключены к входам коммутатора своего блока, выод коммутатора первого блока обраотки процесса подключен к одному из одвижных контактов переключателя, сдвиговому входу сдвигающего реистра, выходы коммутаторов обоих блоков обработки процесса подключены соответствующим входам группы элеРентой И-ИЛИ и к первым входам эле.ментрв И-ИЛИ своего блока, выходы :Элементов И-ИЛИ подключены к соответствующим счетчикам своего блока, неподвижный контакт переключателя соединен с вторыми входами элементов ИИЛИ второго блока обработки процес6а, вторые входы компараторов в каж,дом блоке соединены. с выходом цифроансшогового преобразователя своего блока, входы цифроаналогового преобpkзoвaтeля соединены с выходами датчика случайных чисел и входами дешиф ратора своего блока обработки процес са, выходы дешифратора первого блока обработки процесса подключены к вторым входам элементов И-ИЛИ своего бло выходы дешифратора второго блок обработки процесса подключены к третьим входам элементов И-ИЛИ своего блока, управляющие входы всех элементов И-ИЛИ подключены к шине код режима и к первым управляющи входам KONMyTaTOpoB, вторые управляю щие входы которых, а также управляющие входы датчиков случайных чисел и всех счетчиков анализатора подключен к шине тактовых импульсов, о т л ич а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения статистических характеристик длительностей вы.бросов к пачек выбросов, анализатор содержит йо втором блоке обработки процесса по числу счетчиков блоки селекции кодов и управляемые фррмирователи, при/этом входы блоков селекции кодов соединены с выходами соответствующего счетчика блока, а выход подключен к первому информационному входу управляемого формирователя, второй Информационный вход которого соединен с неподвижным контактом переключателя, первый управляющий вход управляемого формирователя соединен с шиной тактовых импульсов, второй с шиной код режима , первый выход каждого управляемого формирователя подключен к Т1эетьему входу соответствующего элемента Й-ИЛИ,первого блока обработки процесса, второй выход - к четвертому входу соответствующего элемента И-ИЛИ первого блока обработки процесса и к соответствующему входу группы элементов И-ИЛИ, а третий выход каждого управляемого форкшрЬвателя подключен к входу сброса соответствующего счетчика своего блока обработки процесса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 393744, кл. G Об F 15/36, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР 383057, кл. G Об F 15/36, 1970 ; (прототип).
(/S.l
OjLi
6,
/Aewj)
21
M
a
V
V i
Lv
/СЕРв
(Г/мдм ЩЬ }
:/
(йг.-./
Фиг г inn, n о fl п
(HOH)
(afomain
neniK)
X i
(espoc) I
/ДЛУГ. 1
/tavKu)
.пмМ111 канЗ)
бз 3 оп П n П n П
