Адаптивный статистический анализатор Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к устройствам вычислительной техники и может быть использовано для вычисления характеристик случайных процессов (корреляционных функций, функций распределения и др.). Известен цифровой комплекс, предназначенный для статистического анализа, содержащий в качестве снгновных элементов универсальную цифровуювычислительную машину (процессор), аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и совокупность других вспомогательных устройств. Для адаптации комплекса к диапазону изменения входных сигналов необходимо определить наибольшие и наименьшие значения этих сигналов jl. Крнечность частоты дискретации АЦП не позволяет уменьшить время определения наибольших и наименьших значений при анализе высокочастотных сигналов, что и является недостатком цифровых комплексов. Это приводит, в конечном счете, к снижению относительного (зави сящего от спектра сигнала) быстродействия комплекса. Наиболее близким техническим решением к данному является адаптивный статистический анализатор, предназначенный для адаптивного вычисления одна мерного закона распределения, и содержащий схемы выделения и фиксации наибольшего и наименьшего значений процесса в данной реализации, электромеха- нические блоки длительного запоминания, реле режима ра:боты, блок анализа, потенциометр с отводами для задания пороговых напряжений, источник рпорных| напряжений и регистрирующее устройство Указанный анализатор имеет существенный недостаток: он позволяет вычислить, адаптируясь к диапазону изменения мгновенных значений случайного сигнала, только одномерный закон распределения, в то время как другие статистические характеристики также могут вычисляться с адаптацией к диапазону иэ- менения. Это связано с применением в качестве адаптируемого элемента потен- . циомегра с отводами, подключенными к блоку анализа, и зажимами, соединенным с подвижными контактами реле. Цель изобретения - расширение класс решаемых задач. Поставленная цель достигается тем, что адаптивный статистический анализа- т.ор, содержащий процессор, блок управления и два канала, каждый из которых содержит блок определения и фиксации наибольших значений и блок опредапения и фиксации наименьших значений, аналого-цифровой преобразователь, информационный вход которого является соответствующим входом анализатора и подключен к первым входам соответственно бло ка определения и фиксации наибольших значений и блока определения и фиксации наименьших значений своего канала, управляющие входы которых в обоих каналах объединены и подключены к ду бяока управления и к управляющим входам процессора и аяалого-чдифровых преобразователей, второй и третий входы аналогон-дифровых преобразователей в каждом канале подключены к выходам соответственно блока определения к фиксации наибольших значений и блока определения и фиксации наименьших значений а выходы аналого-цифровых преобразователей соединена с первым и вторым информационными входами процессора, содержит устройство коррекции и в каждом канале блок определения относительной разности диапазонов входных сигналов, входы которого соединены соответственно с выходами блока определения и фик сации наибольшихзначений и блока определения и фиксации наименьших значений своего канала, а вьгходы блоков опре деления относительной разности диапазонов входных сигналов соединены соответ ственно с первым и вторым входами уст ройства коррекции, выход которого являе ся выходом анализатора, третий вход устройства коррекции соединен с вьгходом процессора, а управляющий вход подключен к выходу блока управления. Кроме того, устройство коррекции содержит первый и второй умножители, выход первого из которых является вьгходом устройства, первый а код является третьим входом устройства, а второй вход первого умножителя соединен с вы ходом второго умножителя, два блока во ведения в степень, состоящие из комму- татора и умножителей, выход каждого из которых соединен с соответствующим разрядным входом коммутатора своего блока возведения в степень и с первым входом последующего умножителя, вторые входы умножителей в каждом блоке возведения в степень объединены и соединены соответственно с первым и вторым входами устройства коррекции, управляющие входы коммутаторов объединены и являются управляющим входом устройства, а выходы коммутаторов подключены соответственно к первому и второму входам второго умножителя. Зго дает возможность производить вычисления любых статистических характеристик с адаптацией устройства к диапазону изменения входного случайного сигнала путем определения наибольших и наименьших значений случайного сигнала в данной реализации и перестройки диапазонов рабочих напряжений аналогоцифровых преобразователей в соответствии с диапазоном изменения случайного сигнала. Подключение к выходам блоков определения и фиксации блоков определения относительной разности диапазонов позволяет определить коэффициент - величину отличия диапазона изменения случайного сигнала от эталонного, а наличие связи блоков определения относительной разности диапазонов с выходным устройством коррекции позволяет произвести коррекцию выходного сигнала анализатора, тем самым получать на выходе анализатора статистические характеристики без поправочных коэффициентов. Это также дает возможность возвести в 1 , j - степень каждый коэффициент отличия, перемножить их с вычисленной процессором статистической характеристикой, и тем самым учесть коэффициент отличия. На фиг. 1 приведена блок- ;хема анализатора; на фиг. 2 - блок-схема устройства коррекции. Анализатор содержит блоки 1 определения и фиксации наибольших значений, блоки 2 определения и фиксации наименьших значений, аналого-цифровые преобразователи 3, блоки 4 определения относительной разности диапазонов входных сигналов (формирования коэффициентов), процессор 5, блок 6 управления и блок 7 коррекции. Причем, первый вход ана- лизатора соединен со входами первых двух блоков 1 и 2 определения и фик- сации наибольших и наименьших значений соответственно, и с первым вхо- аом первого аналогонаифрового преобразователя 3, второй вход анализатора аналогично соединен со входами вторых двух блоков 1 и 2 определения и фикса- цин наибольших и наименьших значений, соответственно, и с первым входом вто- Doro аналого-тцифрового преобразователя 3, выходы обоих преобразователей 3 под ключены к первому и второму входам процессора 5, управляющие входы блоков 1 и 2 определения и фиксации, преобразователей 3 и процессора 5 соединены с выходом блока 6 управления, первые входы блоков 4 соединены соответственно с выходами первого и: второго блоков 1 определения и фиксации наибольших значений, а вторые входы соответственно с выходами первого и второго блоков 2 определения и фиксации наименьших значений, второй и тре- .тий входы аналого-€1ифровых преобразователей 3 соединены с выходами соответствующих двух блоков 1 к 2 определения и фиксации наибольших и наименьших значений, соответственно, выходы блоков 4 (формирования коэффициентов) подключены соответственно к первому и второму входам устройства 7 коррекции, к третьему входу которого подключен выход процессора 5, выход блока 6 управления соединен с управляющим входом устройства 7 коррекции. Устройство 7 коррекции содержит два блока 8 возведения в степень, состоящих из коммутатора 1О и К-последовательно соединенных умножителей 9, а также - два умножителя 9, выход первого из которых является выходом устройства, первый вход является третьим входом устройства 7 коррекции, а второй вход первого умножителя 9 соединен с выходом второго умножителя 9, выход каждого из умножителей 9 блока 8 возведения в степень соединен . с соответст вующим разрядным входом коммутатора 10. и с первым входом последующего умножителя 9, вторые входы умножителей 9 в каждом блоке 8 возведения в степень объединены и соединены соответ ственно с первым и вторым входами уст ройства 7 коррекции, управляющие входы коммутаторов 10 объединены и являются управляющим входом устройства, а выхо ды коммутаторов Ю подключены соответственно к первому и второму входам второго, умножителя 9. 7 Цикл работы устройства разделяется на два этапа. Первый этап адаптации заключается в определении наибольшего (Q) и наименьшего X fi, ()riin ) значений случайных сигналов X и У, При этом блок 6 управления включает в работу только блока 1 к 2 определения и фиксации. После окончанияэтапа адаптации на их выходах фиксируются величины hiax ( -mih m-in ) Эти сигналы поступают на второй и третий входы аналого-цифровых преобразователей 3 - входы внешних источников эталонных напряжений. При этом диапазон рабочих напряжений аналого-ц 1фровых преобразователей 3 - В) равны: V , На втором этапе - этапе вычисления татистической харшстеристики S(X, У), апример stK i---} 5 Ч V Чс Iv ) 1С-0 лок 6 управления включает преобразоваели 3, прес разующие аналоговые сигна- ы X и У в цифровые X и У и задает рограмму вычисления статистической арактеристики S (Х , У ) для проессора 5: t..u su.S Ч к-о кЬх кV P Kоэффициенты отличия Кр и Кр,, (диапаDX и D 41 от эта онов входных сигналов D определяонных диапазонов тся блоком 4 как -. V V тлп U . Р) , irt aitort -mo о ; де и ( - эталонные наибольшие значения сигналов X и У; - эталонные наимень( mittо (-ino шие значения сигналов X и У. - постоянные велиЕслиины, выбранные из условия не превыения. wiw wino Х, V .o vflan.mdxo iCXni-jM ttiiMo) то блок 4 может быть выполнен, например, в виде операционного усилителя, . на прямой вход которого подается X уу, () на инвертирующий -Х, () коэффициент передачи которо- го равен 1/ D- (l/Dvo)С выкода процессора 5 характеристика S ( X , У ) поступает на третий вход устройства 7 коррекции s(X, У) и S (X, У) связаны соотношением S(,f)--Kg (Kp,Kpy)S(,(, первый и второй входы устройства 7 коррекции подаются коэффициенты Кр и К рч, . При помощи блоков 8 воз зедения в степень они возводятся соответственно в i , j - степень путем последовательного перемножения на цепочке умножителей 9 и подключения выхода соответствующего ( л -го, J -го) умножи теля 9 через коммутатор 10 на выход блока 8 возведения в степень, Папожение коммутатора 10 определяется сигналом блока 6 управления. Далее К . и КРУ перемножаются на втором умно- жителе 9, С выхода второго умножителя 9 коэффициент К g поступает на первый вход первого умножителя 9, где перемножается с характеристикой S(X , у ), и, таким образом, форми руется характеристика 5(Х, У). Введение дополнительных элементовблоков вычисления относительной разности диапазонов входных сигналов и устройства коррекции в известную структуру приводит к тому, что статистический анализатор позволяет вычислять, адаптируясь к диапазону изменения входного сигнала, различные статистические харак теристики - моментные, спектральные и вероятностные характеристики, как одномерные, так и двухмерные. Использование предлагаемого изобретения позволяет проводить анализ случайных сигналов при изменении диапазона входных сигна- лов на 6-10 дб без увеличения погрешности. Формула изобретения Адаптивный статистический анализато содержащий процессор, блок управления и два канала, каждый из которых содержит блок определения и фиксации наиболь ших значений и блок определения и фиксации наименьших значений, аналого-циф ровой преобразователь, информационный вход которого является соответствующим входом анализатора и подключен к первым входам соответственно блока определения и фиксации наибольших значений и блока определения и фиксации наименьших значений своего канала, управляющие входы которых в обоих каналах объединены и подключены к выходу блока управления и к управляющим входам процессора и аналого-цифровых преобразователей, второй и третий входы аналогонцифровых преобразователей в каждом канале подключены к выходам соответственно блока определения и фиксации наибольших значений и блока определения и фиксации на1{меньших значений, а выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с первым и вторым информационными входами процессора, отличающийся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, он содержит устройство коррекции и в каждом канале блок определения относительной разности диапазонов входных сигналов, входы которого соединены соответственно с выходами блока определения и фиксации наибольших значений и блока определения и фиксации наименьших значений своего канала, а выходы блоков определения относительной разности диапазонов входных сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами устройства коррекции, выход которого является выходом анализатора, третий вход устройства коррекции соединен с выходом процессора, а управляющий вход подключен к выходу блока управления. 2, Анализатор по п. 1, о т д и - чающийся тем, что устройство коррекций содержит первый и второй умножители, выход первого из которых яв« ляется выходом устройства, первый вход является третьим входом устройства, а второй Вход первого умножителя ссюдннен с выходом второго умножителя, два блока возведения в степень, состоящие из коммутатора и умножителей, выход каждого .из которых соединен с соответствующим разрядным входом коммутато«ра своего блока возведения в степень и с первым входом псюледук)щего умножителя, вторые входы умножителей в каждом блоке возведения в степень объединены и соединены соответственно с первым и вторым входами устройства коррекции, управляющие входы коммутаторов

объединены и являются управляющим в«;о дом устройства, а выходы коммутаторов подключены соответственно к первому и второму входам второго умножителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Аналоговая и анаяого-оифровая вычислительная техника . М., Машиностроение, 1965, с. 87-S9.

2.Авторское свидетельство СССР № 381079, кл. в 06 G 7/52, 1972 (прототип).