Статистический анализатор Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

I

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и : может быт1ь использовано в специдои- s зированных устройствах для регистрации и статистической обработки информации .

Изв ее т ны ус тройс ТВ а дл я об раб отк и статистической информации, определяющие среднее арифметическое значение нормально распределенных случайных величин и доверительный интервал, внутри которого с заданной надежностью находится истинное значение измеряемого параметра, выполняющие интервальную оценку измеряе 1Х параметров ГП С21,СЗЗ.

Наиболее близким к изобретенюо по технической сущности и достигаемому результату является статистический анализатор, содержаний аналого-цифровой преобразователь, счетчик рбъема выборки, первый и второй .блоки памяти, блок сравнения, блоки окончания цикла, сумматор, делитель.

блок вычисления размаха, блок вычисления среднего квадратического от- клонения, блок вычисления доверительного интервала и блок регистрации fil.

Недостатки известных устройств невозможность обработки многомерных сигнллов.

Цель изобретения - создание устройства, способного проводить интерЦвальную оцешсу параметров от многомершах сигналов, т.е. расширение класса решаемых задач при дополнительном повышении точности статистического анализатора.

fS

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационные входы которого являются входами анализатора, а информа20ционные выходы аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно к информационным входам счетчика объема выборки и блока памя1 и, информационные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока вычисления среднего арифметического,управляющий вход которого подключен к перво выходу блока управления, второй выход и вход которого соединены соответственно с управляющими входом и выходом блока памяти, информацион ный выход которого подключен к перBONfy информационному входу арифметического блока, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертьй выход к торого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а пятый выход блока управления подк йочен к управляющему входу счетчика объема выборки, информационный выход которого соединен с информационным - входом блока вычисления среднего арифметического и вторым информационным входом арифметического блока, содержит счетчик числа каналов, блок опре деления Г-функции, блок вычисления коэффициентов корреляции, блок вычисления определителя корреляционной матрицы и блок определения доверительного объема, выход которого является выходом анализатора, управляю щий вход блок определения доверительного объема соединен с шестым выходом блока управления, а первый, второй и третий информационные входы подключены соответственно к информационным выходам блока определения Г-функции, арифметического блока и блока вычисления опредепителя корреляционной матрицы, управляк)щий вход которого подключен к седьмому выходу блока управления, а группа ин формационных входов соединена с соответствующими выходами блока вычисления коэффициентов корреляции, управляющий вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов корреляции соединена с соотвотствуюпщми выходами блока вычисления среднего арифметического, а вторая группа информационных входов подключена соответственно к информационным выхода блока памяти, информационные входы счетчика числа каналов соединены соответственно с информационными выход ми аналого-цифрового преобразователя, выход счетчика числа каналов под ключен к первому информационному вхо ду арифметического блока и информационному входу блока определения Г-функции, управляющий вход которого подключен к девятому входу блока управления, десятый вход которого соединен с управляющим входом счетчика числа каналов, при этом информационный вход блока вычисления коэффициентов корреляции соединен с выходом счетчика объема выборки. Кроме того, блок определения доверительного объема содержит регистры и и последовательно соединенные узел извлечения квадратного корня, умнозтситель и делитель, при этом вход узла извлечения квадратного корня соединен с выходом первого регистра, вход которого является третьим информационным входом блока, выход второго регистра подключен к другому входу умножителя, а вход второго регистра является вторым информационным входом блока, выход третьего регистра соединен с другим входом делителя, а вход третьего регистра является первым информационным входом блока. При этом блок управления содержит первый и второй управляющие триггеры, дешифратор, счетчик , элемент задерж.. ки и генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов запуска, вход которого соединен с первым выходом первого управлякщего триггера, вход которого является входом блока, а второй И)1ход является шестым входе блока непосредственно, а через элемент задержки - четвертым выходом блока, выход формирователя импульсов запуска соединен с первым входом второго управляющего триггера, второй вход которого подключен к управляющему выходу дешифратора, а выход - через генератор тактовых импульсов подкпючен к входу счетчика, выходы которого соединены соответственно к входам дешифратора, разрядные выходы которого являются соответственно десятым, пятым, вторым, первые, восьмым, третьим, седьмым и девятым выходами блока. На фиг, 1 представлена функциональная схема статистического анапизаюра; на фиг. 2 - функциональная схема блока опре,целения доверительного объема; яа фиг, 3 - функциональная схема блока управления. Схема содержит аналого-цифровой преобразователь 1, выходы которого соединены со счетчиком 2 объема выборки, счетчиком 3 числа каналов и блоком 4 памяти, соединеннойс первыми информационными входами блока 5 вычисления коэффициентов корреляции и через блок 6 вычисления средних арифметических - со вторым информацион1 а1ми входами блока .5, выходы которого подключены к блоку 7 вычисления определителя корреляционной матрицы (матрицы ковариации), выходы счетчика 3 числа каналов подключены к арифметическому блоку 8 и блоку 9 определения Г-функции, а выходы двух последних блоков и блока 7 соединены с блоком 10 определения доверительного объема, выходы счетчика 2 объема выборки подключены к блокам 6,8 и 5, а выходы блока 11 управления соединены со всеми перечисленными блоками, причем блок 4 памяти подключен по информационному выходу к арифметическому блоку 8, а по управляющему выходу - к блоку 11 управлеюш.

Входные регистры 12, 13 и 14 подключены соответственно к узлу 15 извлечения квадратного корня, умножителю 16 иДелителю F7, вход которого через умножитель 16 соединен с узлом 15 извлечения квадратного корня (фиг. 2) .

Первый управляющий триггер 13 через формирователь 9 импульса запуска соединен с одним из входов второго управляющего триггера 20, выход которого через генератор 21 тактовых импульсов подключен к счетчику 22 и далее - к деишфратору 23, управияющий выход которого соединен со вторым входом управляющего триггера 20 (фиг. 3).

Аналого-цифровой преобразователь I имеет число входов, равное максимально .ожидаемой размер11ости m многомерных сигналов на входных клеммах анализатора, где -размерность m ес.ть максимальное число измеряемых najpaметров. Блок 4 памяти состоит из оперативного запоминающего (ОЗУ) для записи входных случайных сигналов и долговременного запоминающего узла (ДЗУ) (на схеме не показаны), где хранятся процентные критические значения TpXk,N) распределения Т Хотеллинга, а также все необходи№.1е константы (например , 2,У), где р - заданная доверительная вероятность, k размерность поступаюрщх многомерных случайных сигналов (); N объем Многомерной выборки входных сигналов.

Процентные практические значения Tp(k, N) в устройстве используются потому, что обработку нормально распределенных сигналов с неизвестной дисперсией наиболее целесообразно проводить с помощью неприменяемого ранее на практике критерия Т распределения Хотеллинга (многомерного обобщения распределения Стьюдента), являющегося дпя данного случая наиболее мощным, т.е. дающим наибольщую точность.

По команде Пуск триггер 18 вырабатывает упранияющий импульс, который приводит в нулевое состояние все блоки анализатора и после задержки разрешает работу аналого-цифровому преобразователю- 1, входные данные от которого в двоичном коде подаются в блок 4 памяти для запоминания и одновременно на счетчики 2 объема выборки и числа каналов 3. После заполнения блока 4 памяти выдается сигнал на управляющий триггер 18, пере- брасываюищй триггер в новое состояние, далее через формирователь 19 импульсов запуска и второй управляющий триггер 20 вырабатывается сигнал запуска генератора 21 тактовых импульсов.

По первому тактовому импульсу, появившемуся на первой шине дешифратора 23 производится перезапись числа каналов k счетчика 3, соответствующего размерности входных сигналов, в арифметический блок 8 и в блок 9 определения Г-функции.

По второму тактовому импульсу производится перезапись объема выбор-, ки N из счетчика 2 в регистры арифметического блока 8, блока 6 вычисления средних арифметических и блока 5 вычисления коэффициентов корреляции.

По третьему тактовому импульсу производится счиТьюание входнь1х данных из блока 4 памяти и запись их в блок 6 вычисления средних арифметических, где в каждом i -том канале 0 вычисляются средние арифметические.

,(VsM...,N)

5 По четвертому тактовому импульсу производится перезапись констант из блока 4 памяти в арифметический блок 8 и блок 9 определения Г-ф5Гнкцин. При этом в блоке 8 вычисляется коэф фициент л nfiffby Ы а в блоке 9 вычисляется значение Г-фугкцкк r(k/2+l). На вход блока 9 поступают значения W из блока 4 памяти. Блок 9 определения Г-функции вып : ней в ГЗ. i По пятому тактовому импульсу про . изводится считьгоание входных данных с блока 4 памяти и значений х- с блока 6 вычисления средних арифмети ческих и запись в блок 5 вычисления коэффициентов корреляции, где вычисляются коэффициенты корреляции между всеми i-А1ми и j-тыми каналам VNH /iV -)()По шестому тактовому импульсу пр изводится перезапись коэффициентов корреляции 1;;;, из блока 5 в блок 7 вычисления определителя корреляцион ной матрицы, где вычисляется значен определителя det //lij// . Блок 5 вычисления определителя к реляционной ма1рицы выполнен в 4 По седьмому тактовому и вlyльcy , производится перезапись значений из блока f1 на первый регистр 12 блока 10 определения доверительного объема, из блока 5 - на второй регистр 13 блока Ю и из блока 9 - на третий регистр f4 блока 10. Значение с первого ре гистра 12 поступает в узел 15 извле чения квадратного корня, затем значение Ifdet //l.ij// умножается на коэффициент А в умножителе 16 и полученный результат делится на значение Г-функции Г (k/2+l) в делителе 17, таким образом, в блоке. 10 произ водится вычисление значения объема доверительного эллипсоида. А-РЩ /Г{К|М), где V - объем эллипсоида которое подается на выходную статистического анализатора. По восьмому тактовому импульсу в второй управляющий триггер 20 прекращает работу генератора 21 тактовых импульсов. Предлагаемый анализатор позволяет производитьинтервальную оценку.. пар аметров от многомерных сигналов, т.е. по сравнению с известным рас-, ширяет класс решаемых задач. Многомерную интервальную оценку в принципе возможно производить, взяв параллельно k устройств, определяющих доверительные интервалы.В Этом случ& в качестве доверительной области будет выступать доверительный параллелепипед с объемом. Wtj (к-ч)ууг. где Т- cf - процентное критическое значение распределения Стьюдента} . 5/- среднеквадратические отклонения . В предлагаемом анализаторе сокращения оборудоваюся тем больше, чем большую размерность имеют многомерные входные сигналы. Ввиду того, что обработка нормально распределенных сигналов производится с.помощью неприменяемого ранее на практике критерия Т Хотеллинга, то получим наиболее точную многомерную интервальную оценку, так как указанный критерий является теоретически наиболее мощным. Формула изобретения 1. Статистический анализатор, содержарщй аналого-цифровой преобразователь, информационные входы которого явлдаотся входами анализатора, а информационные выходы аналого-цифрового преобразователя пс дключены соответственно к информацион{Ш1м входам счетчика объема выборки и блока пймяти, информационньш выходы которого соединеШ) с соответствуищини информационными входами блока вычисления среднего арифметического, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход и вход которого соединены соответственно с управляющими входом и выходом блока памяти, информационный выход которого подключен к первому информационному входу арифметического блока, улравляюций вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляклдим входом аналого-цифрового преобразователя, а пятый выход блока управления подключен к управлягадему входу счетчика об ема выборки, информационный выход ко торого соединен с информационным вхо дом блока вычиоления среднего арифме тического и вторым информационным входом арифметического блокад о т л и ч а 1ощи и ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения интервальной оценки параметров многомерны сигналов, он содержит счетчик числа каналов, блок определения Г-функции, блок вычисления коэффициентов корреляции, блок вычисления определителя корреляционной матрицы и блок определения доверительного объема, выход которого является выходом анализатора управлякщий вход блока определения доверительного объема соединен с шестым выходом блока управления, а пер вый, второй и третий информационные входы подключены соответственно к ин формационным выходам блока определения Г-функции, арифметического блока и блока вычисления определителя корреляционной матрицы, управляющий вхо которого подключен к седьмому выходу блока управления, а группа информационных входов соединена с соответ ствукпрми выходами блока вычисления козффициентов корреляции, управляющий вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов корреляции соединена с соответствующими выходами блока вычисления среднего арифметического, а вторая группа ин} орматционных входов подключена соответственно к информационным выходам блока памяти, информационные входы счёт чика числа каналов соединены coojветственно с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя выход счетчика числа каналов подклкгчен к первому инфop faциoянoмy входу арифметического блока и ин})ормационному входу блока определения Г-функции, управляющий вход которого подключен к девятому входу блока управления, десятый вход которого соединен с управляющим входом счетчика числа каналов, при этом информационный вход блока вычисления коэффициентов корреляции соединен с выходом счетчика объема вь1борки. 2.Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что блок определения доверительного объема содержит регистры и последовательно соединенные узел извлечения квадратного корня, умножитель и делитель, при этом вход узла извлечения квадратного корня соединён с выходом первого регистра, вход которого является третьим информационным входом блока, выход второго регистра подключен к другому входу умножителя, а вход второго регистра является вторьот информационным входом блока, выход третьего регистра соединен с другим входом делителя, а вход третьего регистра является первым информационным входом блока. 3.Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит первый и второй управляющие триггеры, дешифратор, счетчик, элемент задержки и генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов запуска, вход которого соединен с первым выходом первого управляющего триггера, вход которого является входом блока, а второй выход является шестым входом блока непосредственно, а через элемент задержки - четвертым выходом блока, выход формирователя, импульсов запуска соединен с первым входом второго управлянщего триггера, второй вход которого подключен к управляющему выходу дешифратора, а выход - через генератор тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены соответственно к входам дешифратора, разрядш 1е выходы которого являются соответственно десятым, пятым, вторым, первым, восьмым, третьим, седьмым и девятым выходами блока. Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №458832, кл. G 06 F 15/36, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 551651, кл. 6 06 F 15/36, 1977. . 3.Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2731998/24, кл. G 06 F 15/32 1979. 4.Авторское свидетельство СССР № 404090, кл. 6 06 F 15/32, 1973.

Фиъ.2