Устройство для определения интервалов стационарности случайного процесса Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относвтся к вычвспвтельнЫ) технике, и может найтв прнмененве прв определен вв статтесквх характервотих случайных процессов. Устройство предназначено пая определения интервалов стацисяарности при произвольном распределении исследуемого случайного процесса.

Известно устройство для определ ия характеристик случайных процессов, содержащее блок задания начальных уело. ВИЙ, блок управления, логический блок . разрешения сравнения, блок сравнения, блок формиров шия и блок анализа гипо тезы. ото устрс ство реализует непараметрический способ оценивания - критерий серий. До начала измерений в .блок задания начальных условий предварительно вводятся среднее значение анализируемого процесса на выборке заданного объема, а также минималыюе и максимальное значения распределения серий I|l 1.

Основным недостатком известного усоь. ройства является невозможность выделения участков стационарности в исследуем(М4 интервале, так как вероятность их определед{Ия зависит от обьема выборки, а в рассматриваемом устройстве минимальное и максимальное значения распределения серий, рассчитанные на заданный объем выборки, вПблок задания начальных условий вносятся заранее.

Известно устройство для определения характеристик случайных пршхессов, о& .

to держащее дополнительно блок запоминания. Это устрсАство для определения стационарности случайного процесса , реализует критерий инверсий 23

Однако известным устройством не

IS возможно определохие интервалов стационарности случайного процесса на зам аанном интервале, поскольку в блоке задания начальных условий заранее за писывается значение минимального и

20 максимального числа инверсий на заданяоЛ выборке спучайного процесса. ПОЭТОМУ устройство позволяет определить только стационарность процесса на заданном участке, но не позволяет определить внтервалы стацишарноств внутрв этого участка, Навболее близквм к взобретенвю по технической сушноств и содержанию ре шаемой технической задачи является устройство для определения стш1Ис ар ноств случайного процесса, содержащее блок задания начальных условий, подклю ченный выходом к Екоду блока сравнения другоб вход которого связан с входом устройства, выходы блока сравнения соединены с соответствующими Jaxoдaми р версивного счетчика, выходы которого подключены к одному из входов соответствующих элементов И, другой вход которых присоединен к выходу генератора синхроимпульсов, выход схем И подклю чен к бЬответствующему входу блока сравнения, служащего для анализа гипоте и одному из входов элемента ИЛИ, выхо которого связан со входом формировател совпадений, выход последнего присоединен к управляющему вхоДу реверсивного счетчика. Перед началом работы в блок запоминания начальных условий предварительно записывается число, равное математическому ожиданию анализируемого случайного пупадёсса, по отношению к которому определяется число инверсии З . Недостатком этого устройства является несостоятельность принятия решени о стационарности процесса, поскольку он зависит от объема выборки. Кроме того, Введение в блок запоминания начальных условий математического ожидания исследуемого процесса предполагает знание его из априорных сведений об этом процессе. Поэтому устройство непригодн для классификации в соответствии с тео том стационарности процессов, в которы отсутствуют априорные сведения. Цель изо ютения - повышение точности .принятия решения о стационарност исследуемого случайного npciaecca на peализации произвольного объема выборки и, кроме этоГо, также обеспечение возможности определения интервалов стационарности внутри этого объема. Постатейная цель достигается тем, что в устройство для определения интер валов стациона{жости случайного процео са содержащее генератор синхровмпульсов, Первый выход которого соединен с у11равляющим входом ключа, информационный вход которого является первым входом устройства, и блок сравнения. введены два счетчика регистр, аналоговый блок памяти, цифроанапогоеый преобразователь, компараторы и блок ф мирования пороговых, наоряж ий, первый и второй входы явл$аотся со ответственно вторым и третьим входами устр1Жйства, а третий вход соединен с выходом первого счетчика, счетный вход которого объединен с управляющим входом аналогового блока памяти и подключи к первому выходу генератора синхроимпуль сов, информаци«жный вход аналогового блока памяти соедвнен с выходом ключа, а установочные входы аналогового блока памяти ббъединены с установочным вкоDDM: первого счетчика и подключены к первому входу блока сравнения, выход первой ячейки аналогового блока памяти соединен с первыми входами компарато.- ров, вторъ1е входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, аналогового блока памяти, выходы компараторов соедин 1Ы с установочными входами соответствующих разрядов- регистра, управляющий вход которого соединен с вторым върсодом генератора синхроимпульсов, выход регистра подключен к вхо; второго счетчика, выходы которого через цифроаналоговый преобразова« тель соединены с первым входом блока сравнения, второй и третий входы .которого подключены соответственно к первому ивторому выходам блока формирования пороговых напряжений. Блок формирования пс юговых наП1МПсенвй содержит два сумматора, источник постоянного напряжения, масштабный усвлитель, блок извлечения квадратного KOf ня, цифроаналоговый преобразователь и два блока умножения,, первые входы кот являются соответственно первым и вторым входами блока форми1х«анвя пороговых напряжений, третьим входом которого шляется вход цифроаналогового преобразователя, выход котсфого пошоп чен к входам блпса йзштеченвя KBiuqxiiu ного корня и масштабного усилителя, вьссод которого подключен к первым ЕОСО тм торов, вторые входы которых подключены к источнику постоянного ваоряжения, третьи входы первого и второго сумматоров соединены сортаетств гао с выходами первого в второго блоков умножения, вторые входы которых объединены и подключены к выходу блока иэвлечения квадратного корня, выходы сук маторов являются соответственно первым в вто( выходами блока формирования пороговых напряжений. На чертеже приведена структурная сэсема устройства. Сигнал с Bbocozia 1 устройства поотуаает на ключ 2, управляемый генератор 3 сиюсровмпульсов. Кроме этого, устройство содержит первый счетчик 4имПульсов, регистр 5 памяти, компараторы 6, аналоговый блок 7 памяти, вто pt.счетчик 8 числа инверсий, цифроана логовый преобразователь 9, блок Ю сравнения, блок 11 формирования пороговых напряжений, имеющий входы 12 и 13 в содержащий блоки 14 умножения и 15, сумматоры 16 и 17, источник 1 постоянного напряжения, цИ(}|}оаналоГ(ы прербраэр ватель 19, блок 20 извлечени квадратного корня, масаитабный тель 21. Устройство реализует следующий алгоритм оценки стацишарности случайног пр(Я1есса. Формируется сумма инверсий енов неупорядоченной статистической выборки случайного процесса (i,) rCh)--.S 5i. UtN,-,Vj), 1r1 .S-) (O.HiVj, Vi - число поступивших значений выборк Значение суммы числа инверсий tin) сравнивается с дорогами, опрд дел5потся следующим образом. При заданной сяиибке первого рода проверки гипотезы на стадионартость cL значения порогов равны с,.%-/;Г -§;Н; СаИ-Н - х-. (г)гдеТ I и - процентные точки би номинального распре деления. С.), (3) то принимается решение о стационарноотя выборки t-t,) случайного процесса Ц) . Если же это условие вероятности не выполняется, то с вероятностью ошибки первого рода ai выборка признается нестационарной. 836 В этом случае, если tC) Ca.Cnj тренд возрастающий; Т Си) тренд убывающий. Формирование значений порогов в соответствии с {2) обеспечивает постоянство ошибки первого рода на любой длине выборки. Кроме этого, формула короче в соответствии с правилом (2) и, производя сравнение числа, инверсий с начала формирования выборки До момента невыполнения условия (3), можно определить участки стационарности. Эта задача решается в устройстве следующим образом. Реализация случайного процесса Y(i) со входа 1 устройства поступает на один вход ключа 2, на другой вход которого от генератора 3 синхроимпульсов поступают импульсы с частотой следования {Q ати же импульсы поступают и на вход счетчика 4, который считает их число. При наличии синхроимпульсов на входе ключа, на его выходе образуется сигнал, равный значению выборки (.Ц) случайного процесса 4Ct) которая поступает на вход аналогового блока 7, который выполнен, например, на элементах с постоянной зарядовой связью. Число разрядов запоминающего регистра равно И. . Значение поступишией выборки сначала записывается в первом разряде, а под . воздействием синхроимпульсов послёдо.вательно Переносится в старщие разряды, освобождая место для записи синхроимпульса, в первом разряде регистра 5 записывается значение У (-fe а.) и все оотальные разряды пусты, а через интервал времениТ- г в регистре (начиная с младшего разряда} записывается вся ebi6opKalVt),Via.,),-V,(tJ. С приходом синхроимпульса одновременно содержимое разрядов поступает на входы схем сравнения, где производится их сравнение и формирование инверсии и(У4Ъг При каждом цикле сравнения содержимое первого разряда регистра 7 сравнивается с содержимым остальных разрядов. Если Vi компаратор 6 вырабатывает ГЗ - содержимое старшего разряда), в противном случае - О. Поэтому закон формирования инверсий компараторами 6 соответствует правилу (1) даже при проведении сравнения содержимого первого разряда с разрядами, в которых значения еще не записаньи ЗначеО поступают в один из разрядов регистра 5. На управляющий вход этого регистра от генератора 3 поступают сшосроимиупьсы с частотой и под воздействием которых содержвмое регистра памяти выдается на счетчнк 8, Так как частота содержания описываемо го регистра 5 в V раз выше частоты Bbi6opoKi то к MOMCHiy прихода прызеде НИИ следующего цикла сравнения регистр

5 готов к записи очередаых функций инверсий.

Прааес ; формцювания Инверсий в аа висИК1Ост|1 ог: .текущего числа выборок, поступивших не аналоговый блок 7, прем исходит в соответствии с.таблицей. Такил образом, счетчик числа инверсий с начала работь устройства до гфоведения И выборок из И считает текущее число инверсий T(K)--S5. U(S,-,j) ИЯ1И , Прообрааоватепем 9 это число преобразуется в напряжение и выдается на вход блока 10, где оно сравнивается, с текущими порогами €:,(и.) и Са(и/|). Задачу вычисления текущих C(v) к 2. ) выполняет блок формирования пороговых напряжений il, который функционирует следующим образом. Число импульсов, сосчитанное счетчиком 4, поступает на вход преобразователя 19, на выходе которого образуется пропор- циональное значению И напряжение. Это напряжение подается на входы бпока 20 и масштабного усилителя 21с Коэффициентом усиления . Напряже ние с выхода блока 2 О, пропорционально -/Тт , подается на один из входов блоко умножения 14 и 15, на другой вход которых поступает напряжение, гфопордиональное значению -bft и t , соответственно со входов 12 и 13. На выходэ блоков 14 и 15 образуются напряжения пропорциональные соотве гственно -/рц и -/и; которые подаются на входы сумматоров 16 и 17 соответственно. На другие входы сумматоров подаются напря жения с выхода усилителя 21, nponofMxa- опальные и напряжение 1 В от источника 18 постоянного напряжения. На выходе сумматоров 18 и 17 образуются соответственно значения текущих порого Ci() и СаСи. Если условие стационарности (3) вы- полняется, то на выходе блока 10 напряжение отсутствует. При нарушении условия стационартоо ти выходное напряжение блока анализа гипотез сбрасывает счетчик 4 и стира- ет сигналы, расписанные в аналоговом блоке 7, после чего начинается новый цикл определения интервала стационарности. Знак тренда - выполнение условий (4) И (5) определяется блоком Ю. В соотве тствии с видом тренда сигнал появляется на одном из входов блока анализа гипотез. Величина интервала стационарности равна Т - i-и стац- -FQ CZгде Mf- - число,зафиксированное счет чиком перед его сбросом. Введение новых блоков и связей между позволяет повысить точность. Формула изобретения 1.Устройство для определения интервалов стационарности случайного процеоса, содержащее генератор синхроимпульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, информационный вход которого является первым вхо- дом устройства, и блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при произвольном объеме выборки, в устройство введены два счетчика, регистр, ана оговый блок памяти, ци(| оаналоговый преобразователь, компараторы и блок формирования пороговых напряжений, первый и второй ВХОДЫ которого являются соответственно вторым и-третьим входами устройства, а третий вход соединен с выходом первого счетчика, счетный вход которого объединен с управляющим входдм аналогового блока памяти И подключен к первому въссоду генератора синхроимпульсов, информационный вход аналогового блока памяти соединен с выходом ключа, а уотановочные BXOi аналогового блока памяти объединены с установочным входом первого счетчика и подключены ж первому выходу блока сравнения, въкод первой ячейки аналогового блока памяти соединен с первыми входами компараторов, вторъю входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, аналогового блока памяти, выходы компаратора соединены с установочными входами соответствующих разрядов регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходбм генератора синхроимпульсов, выход регистра подключен к входу вт чзого счетчика, выходы которого через цйфроаналоговый преобразователь соединены с первым входом блока сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам блока формирования пороговых напряжений. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что, блок формирования пороговых напряжений содержит два сумматора, источник постоянного напряжения, масштабный усилитель, блок извлечения квадратного корня, цйфроаналоговый преобрваователь в два блока умножевсш, первые входы которых являются соотве-р ственно оервым в вторым входамв блока формврованвя. порогчмвых наоряженвй, третьвм входом которого является вход цв4роаналогового преобразователя, выход которого подключен к входам блока вэвлеченвя квадратного корня в масштаб

НОГО уСВЛВТеЛЯ, выход которого ПОДКЛ10чен к первым входам Сумматоров, вторые вхо/вл которых подключены к всточнвку постоянного напряженвя, третьв входы первого в второго сзгмматоров соединены соответственно с выходамв первого в второго блоков умиоакеавя, вторые входы

которых обьедвнены в подключены к к ходу блока вэвлечеивя квадратеого кор ня, выходы сумматоров являются соответственно .первым в вт(фым выходамв блока формврованвя пороговых напряке

Источнвкв внформадвв, принятые во внвманве прв экспертвэе

1.Авторское сьндетвльстао СССР N 453699, кл. GO6 F- 7/52, 1973.

2.Авторское сввдетельство СССР N 497592, кл. GO6 F 15/36,

3.Авторское сввдетвльстао СССР NJ 717781, кл. G06 G 7/52, 1978 (прототвпК