Адаптивное устройство для определения среднего значения Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 G06F17/15 

1

Изобретение относится к спациализирован ным средствам вычислительной техники и предназначено для определения среднего значения стационарных эргодических случайных процессов.

Известно адаптивное устройство, содержащее два усреднителя, блоки вычитания, сравнения, формирования модуля, формирования заданной погрешности и коррекции постоянной усреднения, осуществляющее свои функции в условиях недостатка априорной информации tl 3.

Однако устройство имеет существенную .аппаратурную сложность и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является адаптивное устройство для определения среднего значения случайного процесса, содержащее ключ, первый вход которого соединен с входом устройства, второй вход подключен к выходу регулируемого делителя частоты и к

входу счетчика объема выборки, а вы- ход соединен с первым входом усред- нителя, выход которого подключен к выходу устройства, блок сравнения, генератор импульсов, регулируемый делитель частоты, второй усреднитель, блок вычитания, второй ключ, счетчик и блок формирования заданной погрешности Г2.

Устройство определяет среднее значение на основе адаптивной декорреляции выборки, однако имеет существенную аппаратурную.сложность и ограниченные функциональные возможности .

Цель изобретения - упрощение устройства при одновременном расширении функциональных возможностей за счет определения размахов входного сигнала и размахов оценки среднего значения.

Поставленная цель достигается тем, что адаптивное устройство для опре- деления среднего значения, содержащее ключ, первый вход которого объединен с входом счетчика числа выборок и подключен к выходу регулируемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генерато ра импульсов, выход ключа подключен к первому входу усреднителя, выход которого является выходом устройства второй вход ключа является входом устройства, блок сравнения, содержит блок деления и два блок определения размаха, при этом выход ключа подключен к первому входупервого блока определения размаха, выход которого соединен с первым входом деления, второй вход последнего объединен с вторым входом первого блока определения размаха,с вторым входом усреднителя и подключен к вы-ходу регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом, блока сравнения, выход блока деления подключен к первому входу блока сравнения, второйвход которого соединен с выходом второго блока определения размаха, второй вход последнего подключен к выходу усреднит |Ля, третий вход второго блока опреде ления размаха соединен с первым выхо дом счетчика числа выборок, второй выход которого подключен к третьему входу блока сравнения. Кроме того, блок определения размаха содержит два элемента сравнения, два регистра, вычитатель, при этом выход первого элемента сравнения подключен к первому входу первого регистра, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения и с первым входом вычитателя, второй вход вычитателя объединен с первым входом второго элемента сравнения и подключен к выходу второго регистра, первый вход которого соединен с выхо дом второго элемента сравнения, вторые входы первого и второго регистров объединены и являются первым вхо дом блока, вторые входы первого и вт рого элементов сравнения, третьи входы первого и второго регистров объединены и является вторым входом блока, третьи входы элементов сравне ния объединены с четвертыми входами регистров и являются третьим входом блока, выход вычитателя является выходом блока. На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока определения размаха. Адаптивное устройство для определения среднего значения содержит ключ 1, усреднитель 2, блоки 3 .и определения размаха, блок 5 деления, блок 6 сравнения, генератор 7 импульсов, регулируемый делитель 8 частоты и счетчик 9 числа выборок. Блоки 3 и 4 определения размаха содержат элементы 10 и 11 сравнения, регистры 12 и 13 и вычитатель 1. Устройство работает следующим образом. В начальном положении усреднитель 2, блоки 3 и i определения размаха, регулируемый делитель 8 частоты и счетчик 9 установлены в нулевое состояние. С выхода регулируемого делителя 8 частоты последовательность импульсов (с минимально возможным периодом следования) поступает на ключ 1 и на счетчик 9, одновременно синхронизир))я работу усреднителя 2, блоков 3 и 4 определения размаха и блока 5 деления. Дискретные выборки с выхода ключа t поступают на усреднитель 2 и блок 3 определения размаха. В усреднителе 2 осуществляется нахождение оценки среднего значения J, например. С реализацией алгоритма скользящего среднего. а в блоке 3 определения размаха определяется величина размаха входного ;игнала R как разность между наибольшим и наименьшим выборочными значениями. По прохождении выборки объемом М, который определяется заданной ве/в1чиной постоянной усреднителя 2, в блоке k определения размаха начинает формироваться размах оценки среднего значения R также на объеме в N выборок. блоки 3 и определения размах работают следующим образом. Для определенности на элементе 10 сравнения и регистре 12 определяется наибольшее значение входного сигнала, а на элементе 11 сравнения и регистре 13 - наименьшее значение. На элементе Н вычитания из наибольшего значения вычитается наименьшее, в результате чего формируется значение размаха. На блоке 6 сравнения после обработки 2N выборок сравниваются величины R,7) и RX/K, причем при Rfy, блок 6 сравнения, тактируемый импульсами с первого выхода счетчика 9. формирует импульс, увеличивающий коэффициент деления регулируемого делителя 8 частоты, в противном слу чае этого не происходит. Счетчик 9 через каждые N выборок попеременно устанавливает в нулевое состояние блок k определения размаха или такти рует блок 6 сравнения. Устройство работает циклически и после нескольких циклов шаг дискре тизации входного сигнала устанавливается примерно равным величине его интервала корреляции. Поэтому задав постоянную усреднителя 2 в предположении, что выборка некоррелирована, и регулируя шаг, получаем оценку среднего значения с заданной погрешностью. Этот процесс осуществляется при отсутствии априорной информации о частотных или корреляционных свой ствах исследуемого процесса, аналогично тому, как это осуществляется в устройстве-прототипе. Однако в отличие от последнего механизм декорреляции выборки в предлагаемом устройстве значительно проще реализуетс и технически и алгоритмически. Рассмотрим этот механизм более подробно. Исходя из требуемой погреш ности оценки среднего значения, назначаем объем усредняемой выборки в предположении, что она некоррелирована. Учитывая, что при некоррелированной выборке для среднеарифметичес кой оценки справедливо выражение , для симметричных одномодель ных распределений имеем . Задавая К УьГ и сравнивая Rm и Rj(/K, можно осуществлять, регулировку шага выборки. При RX/K выборка сильно коррелирована и шаг дискретизации следует увеличить, в противном случае шаг дискретизации сохраняется постоянным. 8 каждом цикле, состоящем из 2N выборок, на первом объеме выборки М усреднитель 2 формирует первое значение оценки среднего значения, а затем с каждой новой выборкой,на втором объеме выборки N, формируется N значений оценки; среднего значения и одновременно в блоке определения размаха определяется размах оценки R При 7 RX/K блок 6 сравнения увеличивает коэффициент деления регулируемого де лителя 8 частоты, и на этом оканчивается текущий цикл работы устройства. С выходов счетчика 9 (прямой и инверсный выходы триггера последнего разряда) поступают импульсы, по одно полярным фронтам которых попеременно во времени осуществляются разрешение операции сравнения и установка в нулевое состояние блока 4 определения размаха. После прохождения нескольких циклов устройство автоматически осуществляет декорреляцию выборки, т.е. согласует свои параметры с характеристиками исследуемого процесса и одновременно юрмиру т грубую оценку интервала корреляции. Таким образом, адаптивное устройство, автоматически осуществляя декорреляцию выборки, определяет среднее значение с заданной погрешностью в условиях малой априорной информации. Механизм декорреляции выборки технически и алгоритмически значительно проще, чем в устройстве-прототипе (взамен блока вычитания, второго усреднителя, ключа, делителя частоты и блока формирования заданной погреш-ности введены два блока определения размаха и блок деления). Кроме того, устройство в отличие от прототипа определяет размах входного сигнала и размах оценки среднего значения и формирует текущую оценку среднего значения, что расширяет функциональные возможности. Перечисленные качества обуславливают расширение области применения подобных адаптивных устройств. Формула изобретения 1. Адаптивное устройство для определения среднего значения, содержащее ключ, первый вход которого объединен с входом счетчика числа выборок и подключен к выходу регулируемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход ключа подключен к первому входу усреднителя, выход которого является выходом устройства, второй вход ключа является входом устройства, блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и расширения его функциональных возможностей путем определения размахов входного сигнала и размахов оценки среднего значения, оно со цержит блок деления и два блока определения размаха, при этом выход ключа подключен к первому входу первого блока определения размаха, выход которого соединен с первым входом блока деления, второй вход последнего объедине с вторым входом-первого блока опреде ления размаха, с первым входом второго блока определения размаха, со вторым входом усреднителя и подключе к выходу регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, выход бло ка деления подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока определения размаха, второй вход последнего подключен к выходу усреднителя, третий вход второго блока определения размаха соединен с первым выходом счетчика числа выборок, второй выход которого подкл очен к третьему входу блока сравнения. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что блок определения размаха содержит два элемента сравнения, два регистра, вычитатель, при этом выход первого элемента сравнения подключен к первому вхо ду.первого регистра, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения и с первым входом вычитателя, второй вход вычитателя объеди-нен с первым входом второго элемента сравнения и подключен к выходу второго регистра, первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, вторые входы первого и второго регистров объединены и являются первым входом блока, вторые входы первого и второго элементов сравнения, третьи входы первого и второго регистров объединены и являются вторым входом блока, третьи входы элементов сравнения объединены с четвертыми входами, регистров и являются третьим входом блока, выход вычитателя является выходом блока. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельство СССР б9бадо, кл. G Об F 15/36, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 28050АО/18-2, кл. G Об F 15/36, 1979 (прототип).

ХД

. 1

l/LZ