Статистический анализатор Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ AHAJM3ATOP

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при аппаратурном анализе случайных величин, а именно для статистического анализа случайных механических нагрузок. Известно устройство для статистического анализа случайных величин, содержащее первый и второй компараторы, первые входы которых соединены со входом устройства, а вторые с соо ветствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к реверсивному счетчику, сое диненному с дешифратором, максимумов, подключенному к первой группе входов счетно-регистрируннцего блока, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, входы которого подключены к счетчику, соединенному с генератором эталонной частоты, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к суммирующему и вычитакщему входам реверсивного счетчика, к единичному и нулевому входам триггера и к пер вым входам первого и второго элементов И соответственно, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выход первого элемента И подключен к управляющим входам дешифраторов, а выход второго элемента И соединен с установочным входом счетчика Данное устройство характеризуется запоминанием в ряде случаев избыточной информации при анализе экстремумов, связанной с наличием на кривой исследуемого сигнала локальных экстремумов, т.е. экстремальных значений сигнала, разность мевду которыми не превьшает заданной величины. . Наиболее близким к предлагаемому является статистический анализатор, содержащий первый н второй компараторы, первые входы которых соединен с входом устройства, а вторые - с соответствукщими выходами цифроаналогового преобразователя, подключен ного входами к первому реверсивному счетчику и к дешифратору максимумов выходы которого подключены к первой группе входов счетно-регистрирующего блока, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, входы которого подключены к счетчику, соединенному с генератором эталонной частоты, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к суммирующим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому вход триггера и к первым входам первого и второго элементов И соответственно, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулейому выходам триггера, третьи входы которых подключены к выходам логического блока исключения локальных экстремумов, выход первого элемента И подключен к управляющим входам де шифраторов и к первому входу элемен та ШМ, а выход второго элемента И соединен с установочным входом счет чика и с вторым входом элемента ИЛИ выход которого соединен с установоч ным входом второго реверсивного сче чика, выход которого соединен с логическим блоком L2ji Однако известное устройство характеризуется недостаточной достоверностью анализа случайных процессов с учетом локальных экстремумов, это вызвано тем, что тюкальность данного экстремума определяется тол ко по разности его амплитуды предыдущего экстремума (эта разность сра нивается с заданной), но не всегда учитывается разность амплитуд данного и последующего экстремумов. Понятно, что если разность амплитуд двух соседних экстремумов не превышает заданную, то оба экстремума в равной мере могут быть названы лoкaJIЬны й. Кроме того, во втором реверсивном счетчике не всегда накапливается разность двух соседних экстремумов - максимума и минимума или минимума и максимума. В некоторых случаях эта разность равна разности соседних максиг умов или сосед }1их минимумов, что также снижает точносгь анализа. Цель изобретения - повьшение достоверности за счет исключения ложных экстремумов. Указанная цель достигается тем, что статистический анализатор, содержащий два элемента сравнения, первые входы которых соединены с входом устройства, а вторые с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к выходам первого реверсивного счетчика, дешифратор максимумов., вькоды которого 1 одключены к первой группе, входов блока памяти, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора попупериодов, генератор эталонной частоты, вькод которого подключен -к входу счетчика, выходы первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к суммирующим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого и второго элементов И соответственно, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выходы первого и второго элементов И подключены к первым входам третьего и четвертого элементов И и к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом второго реверсивного счетчика, выходы которого подключены соответственно к входам первой группы цифровой схемы сравнения, выход которой соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, вторая группа входов цифровой схемы сравнения является дополнительньми входамм анализатора, выход четвертого элемента И подключен к установочному входу счетчика, дополнительно содержит регистр максимумов и регистр полупериодов, разрядные входы которого подключены соответственно к выходам счетчика, а выходы соединены с входами дешифратора полупериодов, разрядные входы регистра максимумов подключены к выходам первого реверсивного счетчика, а выходы подключены ко входам дешифратора максимумов, выход третьего элемента И соединен с управляющими входами регистра максимумов и регистра полупериодов, а выход четвертого элемента И подключен к управляющим

входам дешифратора максимума и дешифратора полупериодов и к установочным входам регистра максимумов и регистра полупериодов.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема статистического анализатора, на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Статистический анализатор содержит генератор 1 эталонной частоты, счетчик 2, регистр 3 полупериодов, дешифратор 4 полупериодов, блок 5 памяти, первый 6 и второй 7 элементы сравнения, первый реверсивный счетчик 8, регистр 9 максимумов, дешифра тор 10 максимумов, цифроаналоговый преобразователь 11, триггер 12, первый и второй элемент И 13 и 14, третий и четвертый элементы И 15 и 16 элемент ИЛИ 17, второй реверсивный счетчик 18, цифровую схему 19 сравнения. Блок 5 памяти содержит счетчики, каждый из которых накапливает число повторений заданных сочетаний значений нелокального максимума и нелокального полупериода. I Анализатор работает следующим обI разом.

Элементы 6 и 7 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 11 и реверсивный счетчик 8 образуют систему, которая осуществляет равномерное квантование входного сигнала по урйвню. Триггер 12 и элементы И. 13 и 14 определяют момент появления экстремума. Элементы И 15 и 16. элемент ЙШ 17, реверсивный счетчик 18 и цифровая схема 19 сравнения преназначены для исключения учета локалных экстремумов, в схему 19 записывается число, пропорциональное амплитуде локального экстремума. Счетчик

2считает импульсы с генератора 1 эталонной частоты и является датчиком времени, фиксируя длительность полупериода - время,-прошедшее между моментами достижения входным сигналом минимума и максимума. Регистр

3полупериодов предназначен для промежуточного хранения значения полупериода, переписанного со счетчика 8. Дешифратор 4 полупериодов обеспечивает выборку, значения нелокальтного полупериода, т.е. время, про- . шедшее между моментами достижения входным сигналом нелокального минимума и последовавшего за ним нелокального максимума, а дешифратор 10 максимумов предназначен для выборки

значения этого нелокального максимума с регистра 9 максимумов.

При увеличении входного сигнала появляются импульсы на выходе элемента 6, а при уменьшении - на выходе элемента 7, устанавливая триггер 12 в первом случае в единичное состояние, а во втором - в нулевое. Выходные потенциалы триггера 12 подаются на первые входы элементов И 13 и 14, на вторые входы которыхпоступают импульсы с элементов 7 и 6 соответственно. Первый импульс с выхода элемента 6 является признаком появления минимума и пропускается элементом И 14, а все последующие не проходят через элемент И так как он блокируется потенциалом с выхода триггера 12. Аналогично работает и элемент И 13, который пропускает первый импульс с выхода элемента 7, который является признаком максимума. Число, пропорциональное амплитуде входного сигнала, формируется в реверсивном счетчике 8. После появления очередного экстремума импульс с выхода одного из элементов И 13 и 14 через элемент ИЛИ 17 сбрасывает в ноль реверсивный счетчи 18о При достижении входным сигналом следукщего экстремума в реверсивном счетчике 18 накапливается число, пропорциональное разности амплитуд данного и предыдущего экстремумов. Если полученная разность не превьш1ает заданную, т.е. данный экстремум является локальным по отношению к прдыдущему, то схема 19 выдает запрещающий потенциал на элементы И 15 и 16. Таким образом, при появлении каждого экстремума реверсивный счетчик 18 сбрасывается в ноль и в нем будет формироваться разность амплитуд всех соседних экстремумов. Импульсы с выходов элементов И 13 и 14 проходят через элементы И 15 и 16 в том случае, если соответствующие экстремумы не являются локальными по отношению к предыдущим.

При появлении данного нелокального максимума импульсом с выхода элемента И 15 производится перезапись числа, пропорционального .амплитуде данного максимума, с реверсийного счетчика 8 в регистр 9 максимумов и перезапись числа, пропорционального полупериоду данного максимума и ближайшего к нему из предшествовавших нелокальных минимумов. со счетчика 2 в регистр 3 полуперио дов. Выборка этих чисел в блок 5 памя ти происходит только в том случае, если за данным нелокальным максимумом следует ближайший нелокальный экстремум-минимум. Тогда импульсом с выхода элемента И 16 производится выборка этих чисел с регистров 9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в блок 5 памяти. Если же за данным нелокальным ма симумом появляется ближайший нелокальный экстремум-максимум (а это происходит в том случае, если за да ным нелокальным максимумом следует локальный минимум, по отношению к которому данный максимум является локальным), то в регистр 9 переписывается вместо данного максимума (уже ставшего локальным), число, пропорциональное амплитуде нового нелокального максимума (по отношению к последовавшему за данным максимумом локальному минимуму), а в регистр 3 переписывается вместо дан ного локального полупериода число, пропорциональное новому полупериоду между новым нелокальным максимумом и ранее упомянутым, ближайшим { из предшествовавших нелокальный минимумом. Затем, после появления ближа шего ( из последовавших ) нелокального минимума, производится выборка с регистров уже этих чисел в блок 5, п мяти, а не ранее записанных, и т.д. Так учитывается локальность максиму ма по отношению к последовавшему па ним минимуму. При появлении данного нелокально- о отсчет

го минимума импульсом с выхода элемента И 16 производится не только выборка чисел с регистров 9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в блок 5 памяти, но и последующий сброс в ноль 45

этих; регистров и счетчика 2. При этом регистры 9 и 3 подготавливаются для записи следующей информации а в счетчике 2 начинает накапливаться значение следую1(его полупериода. Если ;за данным нелокальным минимумом следует ближайший нелокальный экстремумМ11нимум ( а это произойдет в том Случае, если за данным нелокальным минимумом следует локальный максимум, по отношению к которому данный минимум является локальным), то счетчик 2 снова сбрасывается в ноль (при

минимума и последующего максимума.

При наличии максимума (точка 5)

первый импульс с выхода элемента 7

проходит через элемент И 13, после

12 элемент И 13 закрывается для последующих импульсов. При наличии разрешения со схемы 19 (разность амплитуд данного максимума и предыдущего минимума в точке S превышает заданную) импульс с выхода элемента И 13 проходит через элемент И 15 и поступает на управляющие входы регистров 9 и 3. При этом с реверсивт

него счетчика 8 переписывается число, пропорциональное амплитуде данного максимума, в регистр 9, а со счетчика 2 переписывается полупериод этом -записи в блок 5 памяти не происходит, так как регистры предыдущим минимумом сброшены в ноль, а записи новой информации в регистры еще не было), в котором начинает накапливаться число, пропорциональное новому полупериоду, но уже по отношению к этому нелокальному минимуму, и т.д. Так учитывается локальность минимума по fотношению к последующему за ним максимуму. Работу устройства проиллюстрируем на примере анализа им реализации случайного процесса. Предположим, что данная реализация содержит локальные экстремумы в точках , -б , д , е (фиг. 2). При наличии минимума (точка у) первый импульс с выхода элемента 6 проходит через элемент И 14, после .чего потенциалом с выхода триггера 12 элемент И 14 закрывается для последующих импульсов. При наличии разрешения со схемы 19 (разность амплитуд данного минимума и предшествовавшего ему максимума превышает заданную) импульс с выхода элемента И 14 проходит элемент И 16 и поступает на управляющие входы дешифраторов 10 и 4 и на установочные входы регистров 10 и 3 и счетчика 2. При этом производится выборка чисел с регистров 9 и 3 в блок 5 памяти и последующий сброс в ноль этих регистров счетчика 2. Начинается отсчет нового полупериода в счетчике 2. Импульс с выхода элемента И 14 также сбрасывает в ноль через элемент ИЛИ 17 реверсивный счетчик 18. Начинается разности амплитуд данного чего потенциалом с выхода триггера

у9

Т в регистр 3. Импульс с выхода элемента И 13 через элемент .ИЛИ 17 Takже сбрасывает в ноль реверсивный счетчик 18. Начинается отсчет разности амплитуд данного максимума и последующего минимума.

При последующем минимуму в точке о импульс с выхода элемента И 14 не проходит через элемент И 16, так как отсутствует разрешение со схемы 19 данный экстремум является локальным по отношению к максимуму в точке в . Этим импульсом сбрасывается реверсив ный счетчик i 8.

При наличии максимума в точке 7- разность амплитуды которого и амплитуды предшествовавшего минимума в точке -& превышает заданную, импульс с выхода элемента И 15 производит перезапись с реверсивного счетчика 8 числа, пропорционального амплитуде данного максимума, в регистр 9 ( вместо ранее там записанного числа, пропорционального амплитуде максимума в точке с5, так как этот максимум являIется локальным по отношению к последовавшему за ним минимуму в точ ке и перезапись со счетчика 2 числа, пропорционального полупериоду Т,2, в регистр 3 (вместо ранее там записанного локального полупериода Т) .

При последующем минимуме в точке О (разность его амплитуды и амплитуды предыдущего максимума в точке Zпревышает заданную) импульс с выхода элемента И 16 производит выборку числа с регистров 9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в блок 5 памяти, после чего сбрасывает в ноль регистры 9 и 3 и счетчик 2. В счетчике 2 начинается отсчет полупериода Т.

При появлении максимума в точке е , который является локальным по отношению к минимуму в точке импульс выхода элемента И 13 не проходит через элемент И 15.

При появлении следующего минимума в точке )tC(разность амплитуды которого и амплитуды предыдущего и максимума в точке 6 превьш1ает заданную) импульс с выхода элемента И 16 поступает на управлягадие входы дешифраторов 10 и 4 и установочные входы регистров 9 и 3 и счетчика 2. При этом не производится выборка числа с регистров 9 и 3, так как они ранее сбрасываются в

810

ноль, но сбрасывается в ноль счетчик 2, в котором начинается отсчет полупериода Т 4. ( так как полупериод Т отсчитывается от минимума в точке ( , который является локальным по отношению к последовавшему за ним максимуму в точке 6 .

При последующем максимуме в точке происходит перезапись числа с реверсивного счетчика 8 в регистр 9 максимумов и со счетчика 2 в регистр 3 полупериодов. Далее статистический анализатор работает аналогично.

Таким образом, при работе устройства не регистрируется избыточная информация при анализе экстремумов, связанная с наличием локальных экстремумов. По сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает более высокую достоверность анализа случайных процессов за счет учета локальности данного экстремума как по отношению к предшествовавшему ему экстремуму, так и по отношению к экстремуму, последовавшему за ним.

Формула изобретения

Статистический анализатор, содержащий два элемента сравнения, первые входы которых соединены с входом устройства, а вторые с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами

к выходам первого реверсивного счет. чика, дешифратор максимумов, выходы которого подключены к первой группе входов блока памяти, вторая группа

входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, генератор эталонной частоты, выход которого подключен к входу счетчика, выходы, первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к суммирующим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого и

i второго элементов И соответственно, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выходы первого и второго элементов И подключены к

первым входам третьего и четвертого элементов И и к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом второго реверсивного счетчика, выходы которого подключены соответственно к входам первой группы цифровой схемы сравнения, выход которой соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, вторая группа входов цифровой схемы сравнения является до полнительными . входами анализатора, выход четвертого элемента и. подключе к установочному входу счетчика, от личающийся тем, что, с целью повышения достоверности анализа за счет исключения ложных экстремумо он дополнительно содержит регистр максимумов и регистр полупериодов разрядные входы которого подключены соответственно к выходам счетчика, а выходы соединены с входами дешифратора полупериодов, разрядные входы регистра максимумов подклю

фуг. / чены к выходам первого реверсивного счетчика, а выходы подкаючены к входам дешифратора максимумов, выход третьего элемента И соединен с управляющими входам и регистра максимумов и регистра полупериодов, а выход четвертого элемента И подключен к управляющим входам дешифратора максимумов и дешифратора полупериодов и к установочным входам регистра максимумов и регистра полупериодов . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 417793, кл. G 06 F 15/36, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 503247, кл. G Об F 15/36, 1975 (прототип).