Устройство для определения дисперсии Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для оперативной обработки быстроменяющихся случайных процессов.

Известно устройство для определеiния дисперсии случайных процессов, содержащее усилитель, квантователь, блок оценки математического ожидания, регистр, накопитель, сумматор, умножитель и блок запоминания 1 .

Недостаток этого устройства заключается в сложности технической реализации блока оценки математического ожидания, в сложной процедуре уточнения данной оценки для нестационарных процессов с изменяющимся за время накопления статистической выборки средним значением, в большом числе вычислительных операций. Следствием этого является низкое быстродействие при определении дисперсии быстроменяющихся процессов.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения дисперсии, случайных процессов, содержащее блок вычитания, первый вход которого непосредственно, а второй через элемент задержки подключен к выходу блока регулирования входного сигнала, вход которого является входом устройства, выход блока вычитания через квадратор подключен к входу инте10гратора, блок индикации 23.

Недостаток известного устройства состоит в невозможности точного определения оценки дисперсии при нели5 нейном изменении среднего значения (тренда) исследуемого случайного процесса.

Целью изобретения является повышение точности вычисления оценок дис20персии случайных процессов с нелинейно изменяющимся трендом.

Поствленная цель достигается тем, что в устройство для определения дисПерсии введены дополнительный блок . вычитания, дополнительный блок нормирования и К каналов, каждый из которых содержит блок вычитания, элемент задержки, квадратор, интеграTQP, блок нормирования, элемент ЗАПРЕТ и блок сравнения, при этом в каждом из каналов первый вход блока вычитания объединен с.входом элемента задержки и является первым входом канала, выход элемента задержки подключен к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с вхо дом квадратора и является первым выходом канала, выход квадратора в каж дом канале через последовательно сое диненные интегратор и блок нормирования подключен к первым входам элемента ЗАПРЕТ и блока сравнения и явл ется вторым выходом канала, второй вход блока сравнения является вторым входом канала, выход блока сравнения в каждом из каналов подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ, выход которогоявляется третьим выходом ка нала, третьи выходы всех каналов сое динены с соответствующими входами бло ка индикации и дополнительного блока вычитания, (К+1)-й вход которого объединен с вторым входом первого канала и подключен к выходу дополнительного блока нормирования, вход которого подключен к выходу интегратора, первый и второй выходы каждого т-го канала соединены соответственно с первым и вторым входом (т+1)-го канала. На чертеже показана структурная схема устройства. Устройство содержит блок 7К+1 регулирования входного сигнала, блоки 1,8,..., 7К-6, 7К+2 вычитания, дополнительный блок 7К+7 вычитания, элементы 2,9..., 7К-5, 7К+3 задержки, квадраторы 3,10,.... 7К-4, 7K+t, интеграторы ,11,.... 7К-3, 7К+5, блоки ,.... 7К-2 нормирования, дополнительный блок 7К+6 нормирования, блоки 6,13,..., 7К-1 сравнения, элементы 7, 1...., 7К ЗАПРЕТ, блок 7К+8 индикации. Случайный процесс, поступающий в обработку, представляет собой в общем случае случайную функцию времени y(t) вида y(t) (t)x(t) где f (t) - медленноменяющаяся состав ляющая случайного процесса (тренд), описываемая на анализируемом временном интервале полиномом т-й степени: ) .о, x(t) - быстроменяющаяся составляющая случайного процесса. Теоретической основой достижения поставленной цели является следующая формула вычисления оценок дисперсии и .их связь со степенью полинома, описывающего тренд в соответствующей ветви обработки (1) )Г (йь)) где к - порядок разности; N - объем статической выборки; /TooTi 1J4 Л 1КН) U-1) ); N,A.v,- средний квадратор разности между значениями исследуемого случайного процесса К-го порядка YA xNj-N. -А (-Ч) V(t)- ),-. j Равенство оценок дисперсии в т-й (гтн-1)-й и последующих ветвях обработки (k7 m) свидетельствует о том, что тренд в .исследуемом случайном процессе исключен, и вычисленная оценка дисперсии в т-й ветви обработки является оценкой дисперсии быстроменяющейся составляющей случайного процесса. Устанавливая номер ветви обработки, начиная с которого оценки дисперсии совпадают, определяют степень полинома т, описывающего на исследуемом временном интервале тренд. Используя свойство аддитивности оценок дисперсий, определяют в блоке 7К+7 вычитания оценку дисперсии медленноменяющейся составляющей случайного процесса по формуле )CXW3 Сигнал с выхода блока 7К+1 регулирования входного сигнала поступает на вх.оды блока 7К+2 вычитания, на один из которых-через элемент 7К+3 задержки. С выхода блока 7К+2 вычитания сигнал, равный разности первого порядка А (J.i , одновременно поступает на входы блока 1 вычитания, на один из которых-через элемент 2 задержки второй ветви обработки для получения сигнала, равного разности второго ) порядка, и через последовательно соединенные квадратор 7К+4, где квадратируется величина Vtt) интегратор, где усредняется величина (,) блок 7К+6 нормирования, где усредненная величина нормируется умножением на величину 1/2, на первый вход блока 6 сравнения и один из входов блока 7К+7 вычи тания. С выхода блока 1 вычитания сигнал одновременно поступает на входы блока 8 вычитания, на один из которых-.через элемент 9 задержки третьей ветви обработки для получения сигнала, равного разности третье го порядка uij/i.) и через последовательно соединенные квадр1атор 3 где квадратируется величина ), интегратор , где усредняется величина ()) . блок 5 нормирования, где усредненная величина нормируется умножением на величину 1/2, на второй вход блока 6 сравнения, где срав ниваются- вычисленные оценки дисперсий первой и второй ветви обработки, на первый вход блока 13 сравнения третьей ветви обработки и ни основной вход элемента ЗАПРЖТ 7. Если зна чения оценок вычисленных дисперсий равны, то с выхода блока 6 сравнения на разрешающий вход элемента ЗАПРЕТ поступает сигнал, который открывает его, по основному входу, и вычисленное значение оценки дисперсии поступает на соответствующие входы блока 7К+7 вычитания и блока 7К+8 индикации., . Если равенство оценок дисперсий отсутствует,оценка дисперсии, вычисленная во второй ветви , сравнивается в блоке 13 сравнения с оценкой дисперсии, вычисленной в третьей ветви обработки и т.д. Равенство оценок дисперсии в т-й и (гп-1)-й и последующих ветвях обработки (k7m) свидетельствует о том, ,что тренд в исследуемом случайном процессе отсутствует и вычисленная оценка дисперсии в т-й ветви является оценкой дисперсии быстроменяюще ся составляющей процесса (Otitlt)), значение которой поступает на соответствующие входы блока 7К+7 вычитания, на один из входов которого поступает значение оценки с первой ветви обработки первоначального сигнала случайного процесса ( U) ) и блока 7К+В индикации. С выхода бло ка 7К+7 вычитания сигнал, равный зна чению оценки дисперсии тренда ()J) случайного процесса, поступает на вход регистрации оценки дисперсии тренда блока 7К+8 индикации 9 Таким образом, изобретение позволяет повысить точность вычисления оценки дисперсии случайного процесса с нелинейно изменяющимся трендом, повысить быстродействие устройства, выделять тренд и определять значение оценки дисперсии тренда при достаточно несложной технической реализации предлагаемого устройства. Формула изобретения Устройство ДЛЯ определения дисперсии, содержащее блок вычитания, первый вход которого непосредственно, а второй через элемент задержки подключен к выходу блока регулирования входного сигнала, вход которого является входом устройства, выход блока вычитания через квадратор подключен к входу интегратора, блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный блок вычитания, дополнительный блок нормирования и К каналов, каждый из которых содержит блок вычитания, элемент задержки, квадратор, интегратор, блок номирования, элемент ЗАПРЕТ и блок сравнения, при этом в каждом канале первый вход блока вычитания объединен с бходом элемента задержки и является первым входом канала, выход элемента задержки подключен к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с входом квадратора и является первым выходом канала, выход квадратора в каждом канале через последовательно соединенные интегратор и (Злок нормирования подключен к первым входам элемента ЗАПРЕТ и блока сравнения и является вторым выходом канала, второй вход блока сравнения является вторым входом канала, выход блока сравнения в каждом канале подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого является третьим выходом канала, третьи выходы всех каналов соединены с соответствующими входами блока индикации и дополнительного блока вычитания, (К+1)-й вход которого объединен с вторым входом первого канала. и подключен к выходу дополнительного блока нормирования, вход которого подключен к выходу интегратора, первый и второй выходы т-го канала соединены соответственно с

79608i 48

первым и вторым входом (т+1)-го 1. Авторскоесвидетельство СССР

-№ , кл. G06 F 15/36, .

Источники информации, Н 37770, кл. GОб F 15/36, 1971 принятые во внимание при экспертизе i (прототип).

2. Авторскоесвидетельство СССР