Устройство для определения интервалов стационарности дискретных случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированным средствам, вычислительной техники и может быть использован для исследования случайных процессов Известны устройства для определения стационарности дискретных случай ных процессов, реализующие непарамет рический способ оценивания постоянства среднего значения исследуемого случайного процесса. Эти устройства не обеспечивают высокую оперативност определения интервалов стационарности , в темпе с поступающей информацией, так как по имеющейся реализации необходимо найти сначала оценку медианы процесса, затем, путем сравнения этой оценки с отсчетами реализациии, сформировать последователь ность групп ( серий), подсчитать их число и, путем сравнения этого числа с табличным, определить ртационар ность процесса 1 1 и 2 J . Однако необходимость записи, хранения, реализации случайного процесса, а также последующая обработка ее определяют сложность указанных устройств. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является техническое решение, имеющее входное устройство, в котором определяются текущие характеристики исследуемого случайного процесса, осуществляется его центрирование и нормирование, формирователь коэффициента разложения, выходной сигнал которого соответствует тренду центрированного и нормированного случайного процесса, пороговый элемент, который путем сравнения сигнала, харак-еризующего тренд, и сигнала, характеризующего погрешность измерений, фикирует участки постоянства среднего значения процесса и величину среднего значения процесса на этом участке 3. Известное устройство позволяет |оценить стационарность только непрерывных случайных сигналов, что сужает область его применения. Использование а устройстве для определения текущих оценок математического ожидания метода скользящего среднего обеспечивает нахождение оценок и при линейном характере изменения математического ожидания. Последующее центрирование процесса исключит тренд из обрабатываемой реализации, которая может считаться стационарной.Тем самым не обеспечивается высокая точность определения стационарности. Определение стационарности предшеству ет нахождению статистических характеристик случайного процесса (корреляционных функций, спектральных .плотностей и др.), что требует фиксирования не только среднего значения процесса, но и самой реализации исследуемого процесса на интервале стационарности, что не обеспечивает известное устройство. Цель изобретения - повышение точности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее вычислитель дисперсии, блок деления и формирователь коэффициента разложения, выходы вычислителя дисперсии и Формирователь коэффициента разложения, подключены к входам порогового элемента соответственно, дополнительно содержит накапливающий сумматор текущих значений и блок коммутатора, первый вход которого, вход накапливающего сумматора, вход формирователя коэффициента разложения и вход вычислите ля дисперсии подключены к входу устройства, второй вход выходного блока соединен через блок деления с первым выходом накапливающего сумматора текущих значений,второй выход которого соединен с вторым входом формирователя коэффициента разложения, выход порогового элемента подключен к управляющим входам накапливающего сумматора текущих значений, блока де ления, блока коммутаторов, вычислите ля дисперсии и формирователя коэффициента разложения. Формирователь коэффициента разложения содержит последовательно соеди ненные первый блок умножения, накап ливающий сумматор,.второй блок умно жения, сумматор и третий блок умно жения, управляющие входы которых по ключены к управляющему входу формир э вателя коэффициента разложения, вход первого блока умножения соединен с первым входом формирователя коэффициента разложения, другой вход сумматора является вторым входом формирователя коэффициента разложения, а выход третьего блока умножения подключен к входу формирователя коэффициента разложения. Блок коммутаторов содержит два коммутатора, информационный вход каждого из которых является соответствующим входом блока, управляющие входы коммутаторов соединены с управляющим входом блока коммутатора, выходы коммутаторов являются cooTseiствующими выходами блока. Введение в устройство блока деления с накапливающим сумматором текущих значений позволяет выделить постоянную составляющую случайного сигнала, которая характеризует среднее значение исследуемого сигнала. Параллельное подключение к входу устройства блока умножения с накапливающим сумматором текущих значений и формирователя коэффициента разложения позволяет одновременно выделить постоянную составляющую исследуемого процесса (сигнала и составляющую, характеризующую тренд, что повышает точность и оперативность определения интервалов стационарности в исследуемом сигнале. Подключение к входу устройства выходного блока обеспечивает также одновременное формирование реализации исследуемого случайного процесса на интервале стационарности. Использование указанных выше устройств для выделения составляющих исследуемого случайного сигнала позволяет представить оценку среднего значения соответствующего дискретного случайного процесса в следующей форме: |x{iT)(,N}VcC1 fД,N), (1) где М I - среднее значение случайного процесса X(iT); Mo(l,N)-VlKN40, ,(() (.W -lHN-t-l) дискретные ортонормированные полиномы соответственно нулевого первого порядка ; 59 i € (O,N) - момент наблюдения исследуемого процесса на интервале ста ционарности; Т - период дискретности. Точность оценки среднего значени на интервале стационарности, учитыва что/ f (f,N)|6l определяется значением a(j . т.е. коэффиициентом разложения, характеризующего величину тренда в наблюдаемой реализации случайного процесса. Если погрешность измерения (дисперсия) исследуемого процесса Q известна, то выполнение условия (2) где - эмпирический коэффициент, определяюи1ий требования по точности (),обеспечит постоянство среднег значения исследуемого дискретного случайного процесса. Для оценки сред него значения процесса используется выходной сигнал накапливающего сумматора, пропущенный через соответствующие блоки умножения, т.е. |xUT)j-Vfrf o oO N)- (3) На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2- схема формир вателя коэффициента разложения; на фиг.З схема блока коммутаторов. Устройство для определения стационарности случайного процесса содержит накапливающий сумматор 1 теку щих значений, блок 2 деления, блок 3 коммутаторов, формирователь коэффициента разложения, пороговый эле мент 5 и вычислитель 6 дисперсии. Формирователь коэффициента разл жения в базисе дискретных нестационарных ортонормированных полиномов Лежандра содержит первый блок 7 .умножения, накапливающий сумматор 8, второй блок 9 умножения, третий блок 11 умножения, сум матор 10. Блок коммутаторов содержит коммутаторы 12 и 13. Устройство работает следующим об разом. Исследуемый случайный сигнал X(tT) поступает одновременно на вход накапливающего сумматора 1 текущих значений, формирователя t коэффициента разложения, блока 3 и вычислитель 6 дисперсии.- В блоке коммутаторов этот сигнал поступает на пер,вый выход коммутатора 12. Накапливающие сумматоры 1 и 8 осуществл ют суммирование поступающих сигналов в соответствии с выражениями V.x.) .), где N - число отсчетов процесса . на интервале стационарности. Сигналы с выходов накапливающих сумматоров 1 и.8 поступают соответственно на входы блоков 2 деления и 9 умножения, которые, как и блоки 7, 11 умножения, включаются в работу с некоторой задержкой, необходимой для полумения первой текущей оценки (например, при N З). Сигнал с выхода блока 2 деления , определяется выражением «V-TST: / 5 который характеризует среднее значение исследуемого процесса, поступает на первый вход коммутатора 13На первый вход коммутатора 12 постуг пает исследуемый сигнал Х(1Т).Подключение входов коммутаторов к соответствующим выходам осуществляется сигналом с выхода порогового элемента. Выходной сигнал накапливающего сумматора 8, определяемый выражением Up.,., ), ВЫХ 4-0 через блок 9 умножения поступает на второй вход сумматора 10, на первый вход которого подается сигнал с выхода накапливающего сумматора 1. Выходной сигнал сумматора 10, пройдя блок 11 умножения, будет соответствовать коэффициенту Л в разложении (О. т.е. : л,--У (.)( Ш-Y Этот сигнал поступает на пербый вход порогового элемента 5, а на второй его вход поступает сигнал с вычислителя 6 дисперсии. Путем сравнения . этих сигналов при условии выполнения неравенства (2) осуществляется формирование оценок среднего значения исследуемого процесса (на первом вы79ходе коммутатора 13 (фиг.З) и реализации случайного процесса Х(1Т) на исследуемом интервале (на первом выходе коммутатора 12), Если неравенство ( 2 ) не выполняется, т.е. сигнал с выхода формирователя 4 превышает уровень сигнала с выхода вычислителя дисперсии 6, что свидетельствует о нарушении стационарности процесса, то с порогового элемента 5 поступает сигнал на управляющий вход блока 3, блоки 7, 9 и П. В соответствии с этим сигналом коммутаторы 12 и 13 подключают свои входы к вторым выходам, а блоки и 11 умножения , сум маторы 1,8 и 10 устанавливаются в исходное состояние и начинается исследование следующего интервала реализации случайного процесса. Таким образом, рведение новых элементов в устройство позволяет повысить точность его работы и использовать для исследования постоянства среднего значения моментов более высокого порядка дискретных случайных процессов. Предлагаемое устройство также может найти применение для определения статистических характеристик случайных процессов в различных областях науки и техники, для идентификации динамический объектов. Формула изобретения 1. Устройство -ДЛЯ определения интервалов стационарности дискретных случайных процессов, содержащее вычис литель дисперсии, блок деления и формирователь коэффициента разложения, выходы вычислителя дисперсии и формирователь коэффициента разложения, подключены к входам порогового элемента соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы, оно дополнительм но содержит накапливающий сумматор текущих значений и блЪк коммутаторов, первый вход которого, вход накапливающего сумматора, первый вход формирователя коэффициента разложения и вход вычислителя дисперсии подключены к входу устройства, второй вход блока коммутаторов соединен через блок деления с первым выходом накапливающего сумматора текущих значений второй выход которого соединен с вторым входом формирователя коэффициента разложения, выход порогового элемента подключен к управляющим входам накапливающего сумматора текущих значений, блока деления, блока коммутаторов, вычислителя дисперсик и формирователя коэффициента разложения. 2,Устройство поп.1,отлича- ю щ е е с я тем, что формировател.Коэффициента разложения содержит последовательно соединенные первый блок умножения, накапливающий сумматор, второй блок умножения, сумматор и третий блок умножения, управля-. ющие входы которых подключены к ; управляющему входу формирователя коэффициента разложения, вход первого блока умножения соединен с первым входом формирователя коэффициента разложения, другой вход сумматора является вторым входом формирователя коэффициента разложения, а выход третьего блока умножения подключен к выходу формирователя коэффициента разложения. 3.Устройство по п.1, .о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок коммутаторов содержит два коммутатора, информационный вход каждого из которых является соответствующим входом блока , управляющие входы коммутаторов соединены.с управляющим входом блока коммутатора, выходы коммутаторов являются .соответствующими выходами блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G06 F 15/36,. 197. 2.Авторское свидетельство СССР 53699, кл. G Об F 15/36, 197. 3.Авторское свидетельство СССР , кл. G 05 В 13/02, 1975 (прототип).

I

iz