Устройство для контроля достоверности информации Советский патент 1982 года по МПК G08C25/00 

1

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах для оперативной верификации поступающей информации.

Известны устройства для оценки достоверности результатов измерений, решающие задачу оценки достоверности результатов измерений.

Известно устройство, содержащее элемент задержки, вход которого соединен со входом устройства и с первым входом блока определения абсолютной разности, выход элемента задержки подключен ко второму входу блока определения абсолютной разности, выход которого через последовательно соединенные сумматор и блок нормирования подключен к первым входам блока сравнения и элемента И, выход которого соединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, а второй вход подключен к выходу блока сравнения, выход элемента ИЛИ подключен к выходу устройства

Устройство позволяет установить факт наличия или отсутствия в иссшедуемом нестационарном случайном процессе низкочастотной сосмавляющой

(тренда). В большинстве случаев низкочастотная составляющая представляет собой полезный сигнал, в то время как высокочастотная составляющая случайного процесса характеризует помеху. Недостаток устройства заключен в относительно невысокой точности определения оценок достоверности.

Наиболее близким по технической

10 сущности к предлагаемому является устройство, содержащее элемент задержки, вход которого соединен со входом устройства и с первым входом блока определения абсолютной разности, вы15ход элемента задержки подключен ко второму входу блока определения абсолютной разности, выход которого через последовательно соединенные сумматор и блок нормирования подклю20чен к первым входам блока сравнения и элемента И, выход которого соединен с соответствующим входом элемента ИЛИ, а второй вход подключен к выходу блока сравнения, выход элемента

25 ИЛИ подключен к выходу устройства, параллельные цепи, каждый из которых содержит элементы задержки, блок вычитания, блок абсолютной разности, блок нормирования, блок сравнения,

30 элемент И, элемент ЗАПРЕТ, в каждой

из которых вход первого элемента задержки соедине,н с выходом блока вычитания предыдущей параллельной цепи и с первым входом блока вычитания соответствующей параллельной цепи,выход которого подключен к первому входу блока определения абсолютной разности и .через второй элемент задержки ко второму входу блока определения абсолютной разности, выход которого через последовательно соединенные сумматор и блок нормирования соединен со входами соответствующих блоков сравнения и элемента И, выход которого подключен ко входу элемента ИЛИ, выход блока сравнения подключен к первьом входам соответствующих элементов ЗАПРЕТ, выходы которых.соединены со вторыми входами элементов И. Устройсво позволяет определить среднеквадратичную погрешность восстановления результатов измерений и степень полинома, описывающего на установленном интервале анализа поведение информационного параметра 2 .

Недостаток устройства заключается в ухудшении характеристик точности определения среднеквадратичной погрешности измерений при нелинейном тренде, описываемых полиномами высокой степени, что связано с уменьшением эффективности определяемых оценок среднеквадратичного отклонения при повышении порядка разностного оператора (номера ветви обработки входного сигнала).

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля достоверности информации, содержащее первый элемент ИЛИ и К каналов обработки информации, первый из которых состоит из первого элемента задержки вход которого объединен с первым входом первого блока определения абсолютной разности и подключен ко входу устройства, выход первого элемента задержки соединен со вторым входом первого блока определения абсо-лютной разности, выход которого через последовательно соединенные сумматор и блок нормирования соединен с первыми входами первого элемента И и первого блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, каждый из последующих (К-1) каналов обработки информации состоит из первого элемента задержки, вход и выход которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого соединен непосредственно с первым и через второй элемент задержки со йторыми входами первого блока определения абсолютной разности, выход которого через последовательно соединенные первый сумматор и блок нормирования с первыми входами первого элемента И и первого блока сравнения, выход первого блока сравнения соединен с первым входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, вход первого элемента задержки второго канала обработки информации подключен ко входу устройства, вход первого элемента задержки каждого из последующих (К-2) каналов обработки информации соединен с выходом блока вычитания предыдущего канала обработки информации , второй вход первого блока сравнения каждой из К каналов обработки соединен с выходом блока нормировани последующего канала обработки информации, второй вход элемента ЗАПРЕТ каждого из (К-1) каналов обработки информации соединен с выходом первого блока сравнения предыдущего канала обработки информации, выходы первых элементов И всех К каналов обработки информации соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом устройства, введены втор элемент ИЛИ, (К+1) -и канал обработки .информации, состоящий из блока вычитания, блока определения абсолютной разности и элементов задержки, выход первого элемента задержки соединен с первым входом блока вычитания, выход которого непосредственно и через второй элемент задержки соединен соответственно с первым и вторым входами блока определения абсолютной разности, вход первого элемента задержки объединен со вторым входом блока вычитания и подключен к выходу блока вычитания К-того канала обработки информации, в каждый из К каналов обработки информации введены второй блок определения абсолютной разности, второй сумматор, второй блок сравнения, квадратор, блоки определения вероятности, второй элемент И и третий элемент задержки, вход которого объединен с первыми входами первого и второго блоков определения абсолютной разности, второй вход второго блока определения абсолютной разности соединен с выходом третьего элемента задержки, выход второго блока определения абсолютной разности соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока определения абсолютной разности, выход второго сумматора через последовательно соединенные первый блок определения вероятности и квадратор соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока определения вероятности, выход второго блока сравнения соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого блока, вход второго блока определения вероятности каждого из К каналов обработки информации со соединен с выходом первого блока определения разности последующего канала обработки информации, выход вто рого элемента И каждого из К кана- . лов обработки информации соединен с соответствующим входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым выходом устройства. На чертеже представлена блок-схема у строй ст в а. Устройство содержит (К+1) каналов обработки информации которые содержат элементы 1-3 задержки, блоки 4 и 5 определения абсолютной разности,блоки 6 вычитания,сумматоры 7,8 блоки 9 и 10 определения вероятности, блок 11 нормирования,квадратор 12,блоки 13 и 14 сравнения,элемент ЗАПРЕТ 15, элементы И 16, 17, кроме того, устройство содержит элементы ИЛИ 18, 19 вход 20 и выходы 21, 22. В основу работы предлагаемого устройства положен следующий алгорит оценки достоверности результатов измерений. Его основу составляет применение к исследуемому случайному процессу восстановленных результатов измерений y(t) разностного оператора y(t) к-го порядка. y(t)f, +x(t). где f (. - информационный параметр представляемый на установленном интервале анализа номиномом m -ной ст пени ..СП m m-i fit ajnU)t +am--,(,i)t +,...,+ +3,t)) . где x(t) - случайный процесс, характеризующий влияние помехи. При формировании разностного сигнала первого порядка ()У ) -У( случайный процесс y(t) с дисперсией С преобразуется в случайный процесс u.) с дисперсией 2 Cf. При каждом последующем применении к исследуемому процессу разностного оператора в блоках б вычитания t( l) .1л,)) дисперсияслучайного процесса удваивается, а закон распределения значений преобразованного случайного процесса в соответствии с центральной предельной теоремой стремится по мере увеличения порядка разности к нор мальному закону. При этом, если время задержки t много меньше времени изменения информационного параметра ) , то операция определения разности между значениями случайного процесса по отношению к функции f представляет собой операцию численного дифференцирования. В соответствии с этим при каждом применении раз ностного оператора степень полинома, описывающего тренд преобразованного случайного процесса, (t) понижается на единицу -rm-i f 01-1 и (t; (t) (tj В результате определения абсолютных разностей к-го порядка в блоках 5, их усреднения.в сумматоре 8 и нормирования в блоке 11 нормирования коэффициентом, учитывающим увеличение дисперсии при преобразовании процессов , определяют оценки среднеквадратичного отклонения по формуле rt luy(t) При этом, если в процессе преобразований тренд не исключен, оценки среднеквадратичного отклонения совпадать не будут. Совпадение в блоках 14 сравнения при установленных доверительных интервалах оценок среднеквадратичного отклонения свидетельствует о том, что тренд исключен, а значения совпавших оценок представляют собой среднеквс1дратичное отклонение шумового процесса. Следовательно, значение совпавших оценок может быть использовано для оценки достоверности полученных результатов измерений. При этом с увеличением порядка разности К эффективность статистики (2), как оценки среднеквещра- ичного отклонения процесса y(t}, уменьшается. Поэтому оценки среднеквадратичного отклонения шума бх () виде впервые совпавших оценок статистики (2), совпавших на (m-l)-OM ит-ом;шаге применения разностного оператора, более эффективны, чем оценки, полученные на основе совпадения значений на т-ом и (т+1)-ом шаге. Характеристики несмещенности оценок среднеквадратичного отклонения шума наоборот улучшаются при увеличении порядка разности. С помощью вновь введенных в устройство блоков реализуется алгоритм контроля эффективности и несмещенности оценок достоверности, основанный на формировании последовательности случайны.х процессов и сравнении их интегральных законов распределения в соответствии со следующими соотношениями. Сравниваемые случайные процессы вида IV -Vj-l IV l+lVj luV(i) I +luV(t + Uvtt) ) Интегральные законы )-f (tf itHit) V4)Wi(t.wji

Интегральные законы

)

-И) U)

aKH.jiS j|4|uS

it+i4)Hu(tri())v

интегральные законы

). 10

IIK .М1

(

Характеристикой .несмещенности явяется постоянство во времени и авенство нулю средних значений слу-; айных процессов (3,5,...2k+l). О 15 стационарности случайных процессов, постоянстве и равенстве нулю средних значений свидетельствует нормальность законов распределения выдеенных в результате преобразований 20 случайных процессов йУ(ь) / где , 1, bj-.-jk. Зависимости (4,6,... ) получены из условия нормальности распределения случайных величин (t) , имеющих к тому же нулевые средние значения. Поэтому до тех пор, пока законы распределения значений (; отличны от нормального и следовательно, тренд не исключен, их интегральные функции ,. распределения и не совпадают.

Результат совпадения интегральных законов распределения F- и в предлагаемом устройстве представляет собой дополнительный критерий, позволяющий повысить достоверность определения степени полинома, описывающего поведение информационного параметра. Одновременно по результатам сравнения интегральных законов 40 в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность текущего контроля достоверности определения оценок среднеквадратичной погрешности восстановления результатов измерений. лс

Устройство работает следующим образом.

Информационный параметр, погрешность восстановления которого необходимо определить, подают на вход CQ 20 устройства. Исследуемый процесс проходит последовательную обработ- ку в блоках 6 вычитания на время, соответствую1цее ,где ,2 ,3. . « порядковый номер элементов 1 задержки. В блоках 4 и 5 определения абсолютной разности при задержках 2 t и , где 5 1, 2, 3... - порядковый номер элементов 2 и 3 задержки. Абсолютные разности, полученные в каждом из ветвей обра.ботки в блоке 5, 60 накапливаются в сумматоре 8 и одновременно суммируются в сумматоре 7 определения абсолютной разности.

Абсолютные разности, накапливаемые в сумматоре 8, усредняются за 65

установленные интервалы времени путем вывода со старших разрядов сумматора. Усредненные сигналы нормируются в блоках нормирования 11 путем умножения на соответствующие номеру цепи константы ( -j4) путем соответствующего ослабления сигнала. Полученные результаты сравнивают в блоках 14 сравнения. Если информационый параметр на исследуемом интерBcOie анализа, равном интервалу усреднения, может быть описан полиномом т-ной степени, то равенство определяемых оценок среднеквадратичного отклонения достигается в т-ной и последующих ветвях обработки. Сигнал равенства, сформированный т-ным блоком сравнения при заданном доверительном интервале через соответствующий элемент ЗАПРЕТ 15, на запрещающем входе которого сигнал от блока 14 сравнения отсутствует, открывает соответствующие элементы И

jl6, 17, разрешая прохохсдение оценки среднеквадратичного отклонения искажающего процесса и оценки контроля достоверности определения среднеквадратичной погрешности результатов измерения через элементы ИЛИ 18, 19 на соответствующие выходы устройства.

Случайные процессы, сформированны в результате суммирования в блоке 4 предыдущей ветви и определения абсолютных разностей в блоке 5 последующей ветви обработки , поступают в соответствующие блоки 9 и 10 определения вероятности.

После возведения в квадрат значений вероятности, получаемых в блоке 9, сравнивают в блоке 13 сравнения полученные интетральные функции распределения F/.J, и . Сравнение может быть произведено,, например,

.путем определения абсолютной разности между соответствующими значениями функции вычисления суммы абсолютных отклонений вероятностей, соответствующих одному и тому же порогу ограничений 2 случайных процессов

) + й у(,,2)1 и ,

где К-1, 2, 3. , . . -.

Равенство нулю абсолютных отклонений сравниваемых вероятностей свидетельствует о стационарности полученного в результате преобразований случайного процесса и i У .j и несмещенности определяемых оценок среднеквадратичного отклонения шума. Результаты вычисления суммы абсолютных отклонений вероятности характеризуют степень отличия случайного процесса дУ(г1 / полученного в результате i-кратного применения разностного оператора, от згквивалентного ему в среднем стационарного случайного процесса и используются в предлагаемом устройстве совместио с информацией о номере ветви обработки, начиная с которого совпадают оценки статистик, сравниваем в блоках 14 сравнения для контроля достоверности определения среднеквадратичной погрешности восстановления результатов измерения. Предлагаемое устройство позволяет за счет введения дополнительного критерия оценки исключения тренда и восстановленных результатов измерений повысить достоверность определения степени полинома, описывающего поведение информационного параме ра, и достоверность оценок среднеквадратичного отклонения, что повышает точность устройства. Одновреме но в предлагаемом устройстве в отличие от известного обеспечивается возможность текущего контроля определения оценок среднеквадратичной погрешности результатов измерений. Формула изобретения Устройство для контроля достовер ности информации, содержащее первый элемент ИЛИ и К каналов обработки информации, первый из которых состоит из первого элемента задержки, вход которого объединен с первым вхо дом первого блока определения абсолютной разности и подключен ко входу устройства, выход первого элемента держки соединен со вторым входом первого блока определения абсолютной разности, выход которого через после довательно соединенные первый сумматор и блок нормирования соединен с первыми входами первого элемента И и первого блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом пер вого элемента И, каждый из последующих (K-l) каналов обработки информации состоит из первого элемента задержки, вход и выход которого соед нены соответственно с первым и вторы входами блока вычитания, выход которого соединен непосредственно с первым и через.второй элемент задержки со вторыми входами первого блЬка определения абсолютной разности, выход которого через последовательно соединенные первый сумматор и блок нормирования с первыми входами перво го элемента И и первого блока сравне ния, выход первого блока сравнения соединен с первым входом элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен со вторым входом первого элемента И, вход первого элемента задержки второ го канала обработки информации подкл чен ко входу устройства, вход первого элемента задержки каждого из последующих (к-2) каналов обработки информации соединен с выходом блока вычитания предыдущего канала обработки информации, второй вход первого блока сравнения каждого из К каналов обработки соединен с выходом блока нормирования последующего канала обработки информации, второй вход элемента ЗАПРЕТ каждого из (K-l) каналов обработки информации соединен с с выходом первого блока сравнения предыдущего канала обработки информации , выходы первых элементов И всех К каналов обработки информации соединены с соответствукядими входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым выходом устройства, отличающееся тем, что с целью повышения точности устройства, в него введены второй элемент ИЛИ, (К-ь1) и канал обработки информации, состоящий из блока вычитания, блока определения абсолютной разности и элементов задержки, выход первого элемента задержки соединен с первым входом блока вычитания, выход которого непосредственно и через второй элемент задержки соединен соответственно с первым и вторым входами блока определения абсолютной разности, вход первого элемента задержки объединен со вторым входом блока вычитания и подключен к выходу блока вычитания К-того канала обработки информации, в каждый из К каналов обработки информации введены второй блок определения абсолютной разности, второй сумматор, второй блок сравнения, квадратор, блоки определения вероятЕЮсти, второй элемент И и третий элемент задержки, вход которого объединен с первыми входами первого и второго блоков определения абсолютной разности, второй вход второго блока определения абсолютной разности соединен с выходом третьего элемента задержки , выход второго блока определения абсолютной разности соединен с первым входом второго cyNMaTopa, второй вход которого соедияен с выходом первого блока определения абсолютной разности, выход второго сумматора через последовательно соединенные первый блок определения вероятности и квадратор соединен с первым входом второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока определения вероятности, выход второго блока сравнения соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, входвторого блока определения вероятности каждого из К каналов обработки информации соединен с выходом первого блока определения разности последующего канала обработки информации, выход второго Элемента К каждого из 1C каналов обработки информации соединен с соответствующим вхоом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со вторым выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССГ S 739618, кл. G 08 С 25/00, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2749381,кл. G 08 С 25/00, 1979. (прототип).