Устройство для оценки достоверности результатов измерений Советский патент 1982 года по МПК G08C25/00 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике, может быть использовано Б информационно-измерительных системах для оперативной верификации пост пающей информации. По основному авт. св. 739618 известно устройство для оценки досто верности результатов измерений, содержащее блок определения математического ожидания и блок управляемой задержки, первые входы которых объединены и соединены с измерительным входом устройства, первый суммат вврсод которого подключен к первому входу блока деления,второйсумматор,вы ход которого соединен с первым входом умножителя, блок памяти, выход которого подключен к второму входу умножйтеля, выход умножителя соединен с вторым входом блока деления, выход которого подключен к выходу устройства, блок управления, первый .выход-ко торого соединен с вторым входом блока управляемой задержки, подключен к входу блока задержки, делитель час тоты, первый и второй блоки определения абсолютной разности, вход синхронизации устройства соединен с первым входом делителя частоты, первый выход которого подключен к fjpeTbему входу блока деления, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом блока определения математического ожидания, выход которого подключен к первому входу первого блока определения абсолютной разности , выход блока управляемой задержки соединен с первым входом второго блока определения абсолютной разности , выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход блока определения абсолютной разности соединен с первым входом второго сумматора, третий выход делителя частоты подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, выход блока задержки соединен с вторым входом блока определения абсолютной разности, четвертый выход делителя частоты подключен к третьим входам -первого и второго блоков определения абсолютной разности, второй выход блока управления соединен с вторым входом делителя частоты. Устройство- позволяет установить факт наличия или отсутствия в исследуемом процессе случайной низкочастотной составляющей (тренда) и изменять в соответствии с результатами анализа алгоритм обработки принимаемой информа1дии. При этом для повьшения достоверности принятия гипотезы об отсутствии или наличии систематического сдвига в результатах измерений, иска женных аномальными ошибками, в устройстве при оценке среднеква,цратичес кой погрешности аномальные результаты измерений частично компенсируются. Недостаток устройства заключается в отсутствии текущего контроля за интенсивиостью аномальных ошибок измерений и в невозможности полного исключения их влияния на результаты вычисления оценок определяемых статистических характеристик. При соответствующем изменении алгоритма обработки принимаемой инфбрмации ано мальиые результаты измерений/вследствие резко выраженного отличия их статистических характеристик от статических свойств флуктуационных ошибок низкого энергетического уровня могут быть легко отфильтрованы.Этим обстоятельством диктуется необходимость контроля интенсивности появления аномальных результатов измерений. Цель изобретения - повышение точности устройства для оценки достовер ности результатов измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки достоверности результатов измерений введены блок определения значения медианы, второй умножитель и второй блок деления, первый и второй входы блока определения значения медианы подключены соответственно к второму выходу второго блока определения абсолютной разности и третьему выходу делителя частоты, выход блока определения значения медианы соединен с первым вхрдом второго умножителя, второй вход которого соединен с выхо дом блока памяти, выход второго умно жителя соединен с вторым выходом устройства и первым входом второго блока деления,выход которо- го соединен с третьим входом устройства, второй и третий входы второго блока деления соединены соответствен но с вторым и третьим входами первого блока дблени;я. Кроме того, блок определения значения медианы содержит генератор импУльсов, регистры памяти, счетчики, элемент сравнения, дешифратор, делитель на два, элементы ИЛИ и в каждом канале обработки - счетчик,ревер сивный счетчик, дешифратор .нуля, эле менты И и селектор длительности, выполненный на сумматорах, элементах задержки, амплитудном различителе, дифференцирующем элементе и пороговом элементе, выход первого элемента задержки соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом амплитудного раз- , личителя, первый выход амплитудного . различителя непосредственно, второй выход через второй элемент задержки соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора,выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий элемент и пороговый элемент соединены с первым и вторым выходами селектора длительности, вход первого элемента задержки объединен с вторым входом первого сумматора и подключен к входу селектора длительности, первый выход селектора длительности каждого канала обработки соединен с первым входом счетчика, первые выходы которого соединены с первыми входами реверсивного счетчика, первый выход реверсивного счетчика через дешифратор нуля: соединен с первым входом первого элемента И, второй выход - с первым входом второго элемента И и соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами реверсивного счетчика и первого элемента И первого .канала обработки, выход первого элемента И каждого предыдущего канала обработки соединен с вторыми входами реверсивного, счетчика и первого элемента И каждого последующего канала обработки, вторые выходы селекторов длительности всех каналов обработки соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные делитель на два и первый счетчик - с первыми входами первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, выход элемента сравнения соединен- с вторым входом первого регистра памяти, первым входом второго счетчика и вторыми входами вторых элементов И всех каналов обработки, выходы которых Соединены с соответствующими первыми входами дешифратора, вторые входы которого подключены к выходам второго регистра памяти,выход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго -счетчика выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, .входы селекторов длительности всех каналов обработки объединены и подключены к первому входу блока определения значения медианы, вход генератора импульсов объединен с входами счетчиков всех каналов обработки и подключен к второму входу блока определения . значения медианы, выход дешифратора соединен с выходом блока определения значения медианы. Теоретическая основа достижения поставленной цели заключена в повышении эффективности оценок лостове ности результатов измерений при сл ных законах распределения значений искажающего случайного процесса, формализация которого допустима су перпозицией плотностей распределения вероятностей следующего вида Cvr-A..G-j.) Aгfг ЧгG/«),A,- Aa--, (1) где Hv,Gv)(l),G одномерные плотности.рас деления вероя ностей с дисп си ими (У Известное устройство не позволя ет оценить соотношение в общей погрешности результатов измерений ди персий флуктуационныхС и аномаль ных ощи бок, что обуславливает наличие неопределенности в выборе наиболее эффективного алгоритма об работки . Для достижения поставленной цел в предлагаемом устройстве вычисляю ся среднеквадратические отклонения по следующим алгоритмам: |Г|-тг. 1-г| -I V А |A h-fr-. СГ. . cr,)l.-А.))3 ) ;/Vted l,,)b-l w n-ii UD V,..,1, WJM. N-ltltl где Y. ,Y. - значения исследуемого случайного процесса; (.,)7,„,,..1,Л-медиана последователь ности случайных велич (1) Ча К - порядок разности; . rg (± коэффициент пропорцио .V 2. VVI/ нальности; - объем статистической выборки. На фиг. 1 приведена: структурная ,блок-схема устройства; на фиг. 2 структурная блок-схема блока определения значения медианы; на фиг.З схема блока определения абсолютной разности; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняю1аие работу селекторов длительности. Устройство содержит (фиг. 1) блок 1 определения математического ожидания, блок 2 управляемой задержки, первый блок 3 определения абсолютной разности, блок 4 задержки, второй блок 5 определения абсолютной разности , первый сумматор 6, второй сумматор 7, первый умножитель 8, блок 9 памяти, первый блок 10 деления, делитель 11 частоты, блок 12 управлении, блок 13 определения значения медианы, второй умножитель 14, второй блок 15 деления, вход 16 синхронизации, измерительный вход 17, первый 18 и второй IBjj выходы второго блока определения абсолютной разности, управляющий вход 19 блока 13 определения значения медианы, выход 20 блока 13 определения значения медианы, первый 21 и второй 22 и третий 23 выходы устройства. Блок 13 определения значения медианы (фиг. 2) содержит селекторы ( длительности, включающие сумматоры 25ц и , элементы |и задержки, амплитудные различители , дифференцирующие элементы и пороговые элементы , счетчики ,, генератор 33 импульсов, реверсивные счетчики (, дешифраторы , первые элементы И Зб -Збу;, элементы ИЛИ 37 и 38, вторые элементы И 39.-39ц, делитель 40 на два, элемент 41 сравнения, дешифратор 42 значений медианы счетчики 43 и 44, регистры 45 и 46 памяти, каналы обработки. Блок определения абсолютной разности содержит формирователь 48 ШИМ, элементы НЕ 49 и 5О,первые элементы И 51 и 52, элемент ИЛИ 53, второй элемент И 54, генератор 55 импульсов,формирователь 56 ШИМ. Устройство работает следующим образом. Результаты измерения с входа 17 (фиг. 1 поступают на вход блока 1 определения математического ожидания, где осредняются за установленный блоком 12 управления через управляемый делитель 11 частоты интервал осреднения, кратный периодам следования синхронизирующих сигналов. Время задержки этих же результатов измерений в блоке 2 устанавливается равным интервалу осреднения. Блок 3 и сумматор 6 реализуют операции определения среднего значения абсолютных разностей между текущими значениями результатов измерений и их средним значением. Одновременно определяются в блоке 5 абсолютные разности между предшествующими и настоящими значениями результатов измерений и производится оценка их среднего значения накоплением в сумматоре 7 за установленное время осреднения. Осреднение в накапливающих сумматорах осуществляется выводом числа из старших разрядов сумматора, для чего интервалы осреднения устанавливаются соответствующими следующим объемам статистических выборок N 10, где ,2,3... Умножитель 8 нормирует полученный результат соответствующим порядку разности коэффициентом пропорциональности, хранящимся в блоке 9. Результаты деления в блоке 10 вычисленных в первых двух параллельных цепях устройства- статистик эквивалентны в среднем и по дисперсии рассеивания классическому критерию Аббе и могут использоваться для. проверки гипотезы об отсутствии систематического сдвига,в результатах измерений.

Блоки 3 и 5 определения абсолютной разности (фиг. 3) работают- следуюи 1М образом.;

Задержанный и незащержанный сигналы о случайном процессе поступают на входы формирователей 48, 56 широт но-модулированных импульсов СШИМ) Сформированные импульсы ШИМ с модуляцией заднего фронта инвертируются элементами НЕ. 49 и 50 в импульсы ШИМ с модуляцией переднего фронта и поступают на элементы 51 и 52, на вторые входы которых подаются неинвертированные импульсы ШИМ с формирователей 48 и 56 соответственно. На выходе элементов И 51 и 52 формируются импульсы ШИМ, соответствующие по длительности разности между выбранными значениями исследуемого случайного процесса. Сформированные импульсы после их сведения в единый поток элементом ИЛИ 53 представляют собой абсолютные разности между значениями случайного процесса и подвергаются преобразованиям в блоке 13 опре.деления значения медианы и в преобразователе аналог-код, состоящем из элемента И 54 и1 генератора 55 счетных импульсов.

Бло1 13 определения значения медианы работает следующим образом.

Сигналы ШИМ с выхода18 блока 5 определения абсолютной разности, .несущие информацию об абсолютных по величине разностях между выбранными значениями случайного процесса,поступают на входы селекторов длительности , на выходах которых Формируются сигналы совпадения по продолжительности поступающих импульсов с установленными в каждом из селекторов 24.-24 временными интервалами t; ,-1Г2. fГц. Значения временных интервалов задаются временами задержек поступающего сигнала в элементах и ,равными

. соответственно. Сформированные импульсы (фиг. 4ж) подсчитываются счетчиками за установленный интервал осреднения, определяемый частотой следования импульсов на выходе 19 делителя 11 частоты. По окончании очередного интервала осреднения результаты подсчета

О импульсов совпадения длительностей сигналов ШИМ с выхода 18 с установленными временЕадми интервалами переписываются в параллельном двоичном коде в реверсивные счетчики .

5 Счетчики при этом освобождаются для подсчета импульсов совпадения в новой статической выборке. На вычитающие входы реверсивных счетчиков 34.-34j. поступают считывающие

0 импульсы от генератора 33 импульсов. С поступлением импульса считывания число, записанное в реверсивный счетчик 34, уменьшается наединицу. При каждом уменьшении числа на единицу

5 импульс, которым произведено считьгвание, поступает на соответствующий вход элемента ИЛИ 37.

При этом импульсы считывания на последующий реверсивный счетчик 34

0 поступят только после считывания числа, за:писанного в предыдущий.

Считывание записанного в реверсивный счетчик 34j числа производится до тех пор, пока на выходе соответствующего дешифратора 35,j нуля не появится сигнал, свидетельствующий об окончании считывания. С появлением сигнала окончания считывания скрывается соответствующий элемент

0 И 36 , разрешающий считывание числа, записанного в последующий j+1-й реверсивный счетчик. Импульсы считывания в количестве, соответствующем записанным в реверсивных счетчиках

5 к числам,поступают через элемент ИЛИ 37 на Вход счетчика 44. Причем, накопление импульсов в счетчике 44 будет производиться до тех пор, пока записанное в нем число не будет равно полусумме всех импульсов совпадения, прошедших через элемент ИЛИ 38, накопленных в счетчике 43 импульсов и переписанных во второй регистр 46 памяти. В момент равенства чисел в счетчике 44-и втором регистре 46

5 памяти на выходе элемента 41 сравнения появится потенциал, открывающий элеме 1ты И 39 - 39, . При этом сигнал появится на том входе дешифратора 42 значений медианы, порядковый номер которого совпадает с

порядковым номером канала 47 обработки со временем задержки сигнала,равHbiMTT ggj, гдеТГу е медианное значение плотности распределения вероятностей длительности сигналов ШИМ. При появлении сигнала на j-oM входе дешифратора 42 значений медианы разрешается вывод соответствующего значения медианы из j-Й ячейки памяти первого регистра 45 памяти. Числовые (значения, хранящиеся в ячейках памя|ти регистра 45 памяти определяются соответствующими временными интервалами задержки сигналов селекторов 24 -24 длительности. Сигналами на выходе элемента 41 сравнения сбра сываются в исходное нулевое состояние К+2-Й счетчик 4 и второй регист 46 памяти и приводятся в готовность к накоплению и запоминанию данных по новой статистической выборке. I Работа селекторов по длительности состоит в следующем. Преобразованный случайный процесс с выхода 18,, (фиг. 4) второго блока 5 определения абсолютной разности поступает непосредственно на объединенные вторые входы первых сумматоров через элементы задержки, в которых поступающий сигнал с ШИМ задерживается и инвертируется (фиг.. 4а). Времена задержек т , . Тц в каналах 47.-47| обрабо ки различны и выбираются из условия перекрытия диапазона случайного изме нения длительностей исследуемой импульсной последовательности. Количество каналов 47 7, обработки определяется диапазоном перекрытия и уст новленным дифференциальным коридором Результаты первого суммирования (фиг. 4б) разделяются в амплитудных различителях 29.,-29, по нулевому уро ню на положительную и отрицательную составляющие. При этом положительную составляющую задерживают во вторых элементах задержки, идентичных по времени задержки соответствую щим первым элементам задержки на времяГ , tr,jL Сц В результате выполненных операций и повторного суммирования во вторых сумматорах ) отрицательной последовательности импульсов с задержанной положительной (фиг.4в,г,д) формируются перепады напряжений +М-М в те моменты времени, когда длительность импульса случайного процесса равна удвоенному времени задержки t 2 в соответствующем канале обработки. При дифференцировании результатов второго суммирования дифференцирующих элементов (фиг.4е) создаются условия для выделения путем ограничения в пороговых элементах импульсов появления значений случайного процесса п соответствующем разряде гистограмм распределения сигналов ШИМ (фиг. 4ж). Предлагаемое устройство выгодно отличается от известных устройств возможностью полного исключения искажающего воздействия аномальных ошибок на результаты статистической обработки измерений, позволяет определять интенсивность аномальных результатов измерений, т.е. является более точным. Формула изобретения 1.Устройство для оценки достоверности результатов измерений по авт. св. № 739618, Отли чающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок определения значения медианы, второй умножитель и второй блок деления, первый и. второй входы блока определения значения ме-, дианы подключены соответственно к второму выходу второго блока определения абсолютной разности и третьему выходу делителя частоты, выход блока определения значений медианы соеди нен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, выход второго умножителя соединен с вторым выходом устройства и первым входом второго блока деления, выход которого соединен с третьим выходом устройства, второй и третий входы второго блока деления соединены соответственно с вторым и третьим входами первого блока деления. 2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что, блок определения значения медианы содержит генератор импульсов, регистры памяти, счетчики, элемент сравнения, дешифратор, делитель на два, элементы ИЛИ и в каждом канале обработки - счетчик, реверсивный счетчик, дешифратор нуля, элементы И и селектор длительности, выполненный на сумматорах, элементах задержки, амплитудном различителе, дифференцирующем элементе и пороговом элементе, выход первого элемента задержки соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с -входом амплитудного различителя, первый выход амплитудного различителя непосредственно, второй выход через второй элемент задержки соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий элемент и пороговый элемент соединены с первым и вторым выходами селектора длительности, вход первого элемента задержки объединен с вторым входом первого сумматора и подключен к входу селектора длительности, первый выход селектора длительности каждого каналп обработки соединен с первым входом счетчика, первые выходы которого соединены с первыми входами реверсивного счетчика, первый выход реверсивного счетчика через дешифратор нуля соединен с первым входом первого элемента; И, второй выход - с первым входом второго элемента И и соответствующим входом первого элемента ИЛИ выход генератора импульсов соединен с вторыли входами реверсивного-то счетчика и первого элемента И первог канала обработки, выход первого элемента И каждого предыдущего канала обработки соединен с вторыми входами реверсивного счетчика и первого элемента И каждого последующего канала обработки, вторые выходы селекторов длительности всех каналов обработки соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные делитель на два и первый счетчик с первыми входами первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения,выход элемента сравнения соединен с вторым входом первого регистра памяти, первым входом второго счетчика и вторыми входами вторых элементов И всех каналов обработки, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами дешифратора, вторые вхо,цы которого подключены к выходам второго регистра памяти, выход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, входы селекторов длительности всех каналов обработки объединены и подключены к первому (ВХОДУ блока определения эначения |медианы, вход генератора импульсов объединен с входами счетчиков всех каналов обработки и подключен к второму входу блока определения эначения медианы, выход дешифратора соединен с выходом блока определения значения медианы.

«г./