Анализатор случайных процессов Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, предназнаучено для статистической обработки и формации в реальном времени и может быть использовано во «люгих областя науки и техники, где исследуемые процессы носят случайный характер. Известно устройство для вычислен статистических характеристик случайных процессов, в частности характеристик выбросов случайных процессов l . Недостатками известного устройства являются его узкая функциональ ная специализация, ограниченная определением только параметров выбросов случайшлх процессов. Кроме того, его сложность, узкий класс исследуемых случайных процессов, а также недостаточная точность опре деления вероятностных характеристик выбросов ограничивают область применения устройства. Наиболее близким к предлагаемому является вероятностный спектрокоррелометр, предназначенный для вычисления корреляционной функции, математического ожидания и спектральной плотности мощности с испол зованием вероятностного принципа кодирования цифровой информации, содержащее блок центрирования,первый вход которого соединен со входом устройства,-а выход через блок Ь-зроятностного округления - со входом сдвигающих регистров, выход которых подключен к своему входу, а также через регистр числа к первому входу первого блока сравнения и через первый блок вентилей к первому входу второго блока сравнения, второй вход последнего соединен с выходами генератора псевдослучайных чисел и генератора гармонических функций соответственно, блок управления, соединенный по выходу со входами блоков центрирования, сдвигающих регистров, блоков вентилей, блоков генераторов и блока Пс1мяти, первый вход которого соединен с выходом блокаумножения, соединенного по входу с выходами блоков сравнения, а i ходы - один через блок масштабирования соединен с первым блоком вентилей, другой соединен непосредственно со входом блока центрирования. -2. Основным недостатком известного вероятностнс го спектрокоррелометра является невозможность определения вероятностных характеристик выбросов исследуемого случайного процесса. Цель изобретения -расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления статистичес ких характеристик выбросов случайного процесса. Поставленная цель достигается те что в анализатор случайных процессо содержащий арифметический блок, бло вероятностного умножения, блок сдви гающих регистров, выход которого со динен через регистр числа с первым входом первого блока сравнения и Не посредственно с первым входом перво го блока элементов И, со своим входом и выходом блока вероятностно го округления, первый вход которогч соединен с выходом блока памяти, а второй вход с выходом блока центри рования, информационный вход которог является первым входом анализатора, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, .второй и третий выходы которогоч подключены, соответственно, к управляющим входам блока сдвигающих регистров и блока генераторов, первый выход которого соединен с третьим входом блока веро ятностного округления и первым входо второго блока элементов И, второй . и третий выходы блока генераторов подключены,соответственно, к первым входам -первого. блока элементов И и второго блока сравнения, второй вход котррого соединен с выходом первого блока элементов И, а выход подключен к первому входу блока вероятностного умножения, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход соединен с первым входом блока памяти, введены дешифратор, счетчик, триггер, третий блок элементов И и регистр, вход которого является вторым входом анализатора, а выход соединен со вторым входом второго блока эле1«нтов И, выход которого подключен ко sTOpONty входу первого блока сравнения, первы и второй дополнительные выхода1 которого соединены со счетным и установочным входами счетчика и единичным и нулевым входами триггера соответственно, выход счетчика через дешифратор и третий блок элементов И соединен с группой входов блока памяти второй вход которого соединен с выхо дом триггера, а третий вход и выход блока памяти подключены, соответствен но, к-выходу и входу арифметического блока. На чертеже изображена структурная схема анализатора случайных процессов. Анализатор содержит блок 1 центри рования, регистр 2, блок 3 вероятностного округления, блок 4 сдвигающих регистров, регистр 5 числа, блок 6 управления, блоки 7 и 8 сравнения, блок 9 вероятностного умножения, блок 10 памяти, триггер 11, блок 12 генераторов (гармонических функций и псевдослучайных чисел), счетчик 13, блоки первый 14, второй 15, третий l6 элементов И, дешифратор 17 и арифметический блок 18, состоящий из сумматора и комбинационной схемы (не показаны ) Анализатор обеспечивает работу в режимах вычисления корреляционной функции, спектральной плотности мощности , а также определения характеристик выбросов случайных процессов. Вычисление корреляционной функции осуществляется по формуле Гё|/1нГ х. где N - длина выборки случайного процесса, am- количество вычисляемых ординат корреляционной функции. При вычислении вероятностных характеристик выбросов случайных процессов предлагае ый анализатор определяет плотность распределения вероятности длительностей выбросов или импульсов за заданный уровень А-1-ый подрежим, плотность распределения вероятности межимпульсных i-нтервалов - 2-ой подрежим, среднюю длительность интервсЕла между BH6pocah«i во 2-ом подрежиме, среднюю длительность выбросов за заданной уровень А в 1-ом подрежиме, общее число выбросов за заданный уровень А в каждом из подрежимов. В режиме вычисления вероятностных характеристик выбросов случайных процессов в регистр 2 заносится значение уровня А, относительно которого производится отсчет числа и длительностей выбросов. На вход блока 1 центрирования поступают дискретные значения, случайного процесса X{t) - х. , i 1 ,N. Далее нецентрированные ординаты входного случайного процесса подаются через блок 3 вероятностного округления в блок 4 сдвигающих регистров. После заполнения m регистров блока 4 ординаты случайного процесса последовательно сравниваются на блоке 7 сравнения с числом А, пepeдasae им с регистра 2 через второй блок 15 элементов И на второй вход блока 7 сравнения. В 1-ом подрежиме реализуется соотношение. G; при первом сравнении окажеттекущее. значение х: больше А, то с первого дополнительного выхода блока 7 на счетный вход счетчика 13 и единичный вход триггера 11 поступает код 1. При этом триггер 11 устанавливается в единичное положение, а счетчик 13 добавляет к своему содержимому единицу.Если и Дсшее при последующих сравнениях окажется, что .y А, то описанный процесс повторяется. Появление на втором дополнительном выходе блока 7 сравнения кода 1 (при этом на первом дополнительном выходе этого блока код 1 пропадает, и появляется код О) определяется условием Л. В этом случае триггер 11 переводится по сигналу, действующему на его нулевом входе, в нулевое состояние. На выходе триггера 11 при его переходе из одного состояния в другое (например при переходе из единичного состояния в нулевое) формируется сигнал, которы подается на счетный вход первого ре гистра (не показан) блока 10 памят в котором в Кс1ждом подрежиме формир ется число выбросов или импульсор за заданный уровень А. Одновременно по условию Хц А содержимое счетчи ка 13 передается параллельным кодом в дешифратор 17, затем счетчик 13 у танавливается в нулевое состояние. Двоичный код на входе дешифратора 1 преобразуется в единичный сигнал на выходной шине, который через первый блок 16 элементов И поступает на соответствующий счетный вход блока 10 памяти. Для исключения переполнения счетчика 13 в анализаторе пре дусмотрено изменение его коэффициента пересчета путем подачи соответ ствующего установочного импульса с блока 6 управления. В зависимости от длины выброса за заданный уровень Л блок 7 сравне ния формирует соответствующее число условий х- А, по каждом из которых в счетчик 13 записываются еди ницы. Таким образом, данной длине выброса ставится в однозначное соот ветствие количество выполненных условий х Аи номер регистра бло ка 10 памяти, куда заносится единица. Указанный процесс повторяется для всех дискретных значений реализации, по окончании обработки которой в блоке памяти оказывается гистограмма распределения длительносте выбросов ГД® s число выбросов или импульс длины S; S 1, К 64, К - коэффициент пересчета; и общее число выбросов или импульсов Bfi Процесс вычисления ординат гисто rpaMNBJ длительностей межимпульсных интервалов аналогичен описанному выше, за исключением того, что блок .7 сравнения формирует код 1 по пе вому дополнительному выходу при условии Х 1, а при X 1 - по второму дополнительному выходу ( if число межимпульсных Интервалов длительности Т, ,Кб4, К- коэф фициент пересчета). Далее по командам с блока управления информация с блока 10 памяти последовательно подается на входы арифметического олока 18, так что значения ординат гистограммы {Eg или , Т 1, К 64 делятся на значение количества выбросов В, полученного для данной реализации. Результаты заносятся в соответствующие регистры блока 10 памяти и, таким образом, в результате всех вычислений в блоке 10 пагляти оказываются значения плотностей распределения вероятности (Длительностей импульсов (или межимпульсных интервалов) и количество выбросов, полученное по одной регитзации. Вычисление оценок средней длительности выбросов, или импульсов интервалов, между выбросами, или яульсов mJJ для каждого из подрежимов осуществляется по следующим формулам соответственно: , л fc-i54 mg y-i::s-ei т где B9 - общее число выбросов; В - число межимпульсных интервалов; S - длительность ВЕяброса; 5 - число импульсов или выбросов длительности S; Т - длительность ET - ЧИСмежимпульсного интервала; ло межимпульсных интервалов длительности Т. Реализация указанных выражений в данном анализаторе осуществляется последовательной подачей и накоплением значений ординат плотности распределения длительностей (выбросов или интервалов между выбросами) из блока 10 памяти в арифметическом блоке 18. Полученный результат выдается в блок 10 памяти для даль eйшeгo использования. Введение новых элементов (де-. шифратора, счетчика, триггера, арифметического блока и регистра) позволяет измерять вероятностные характеристики выбросов по заданной реализации, вследствие чего расширяются функциональные возможности устройства, что обеспечивает более полное статистическое исследование случайных процессов. Кроме того, элементы, введенные в анализатор, являются элементами дискретной техники, поэтому они легко согласуются с узлами и блоками анализат)ра и могут выполняться конструктивно на одной типовой унифицированной плате. Формула изобретения Анализатор случайных процессов, содержащий арифметический блок,