Вероятностное устройство для оценки дисперсии случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для вычисления оценок дисперсии стационарных центрированных случайных процессов.

Изестно устройство основанное на использовании . для оценки дисперсии нецентрированного случайного дроцесса D(x) М(х )-М (xj . Вычисление I)(xJ производится в два этапа: вначале опредфтяются оценки математического ожидания М(х) и среднего значения квадрата случайной величины ), затем оценка Й(х) возводится в квадрат и вычитается из

А(хЪ.

Однако в результате теряется точность вычислений и устройство получается достаточно сложным, так как содержит реверсивный счетчик, два элемента И, элемент задержки, линейные преобразователи напряжение - вероятность, счетчик.

Наиболее близким к изобретению является устройство l, содержащее линейный преобразователь напряжение вероятность, счетчик результата, элементы задержки, элемент И, первый вход которого подключен к выходу линейного преобразователя напряжение вероятность, а второй - к выходу элемента задеряски, вход элемента задержки подключен к выходу линейного преобразователя напряжение - вероятность. Устройство определяет оценку среднего значения квадрата случайной величины Й(х ) и при подаче на его вход центрированного случайного процесса вычисляет оценку дисперсии б(х)й(х ).

10 При этом математическое ожидание результата вычислений Z, получаемого в счетчике результата по окончании периода усреднения, определяется соотношением

15

(1)

D(x).

V(Z) 0,25 +

Целью изобретения является повышение точности устройства за счет

20 удв5ения масштаба представления оценки D(x).

Для достижения поставленной цели в вероятностное устройство для оценки дисперсии случайных процессов, содер25жащее линейный преобразователь напряжение - вероятность, выход которого подключен к входу элемента задержки, и счетчик результата, введены блок масштабирования и элемент ЭКВИВАЛЕНТ30НОСТЬ, при этом вход счетчика результата подключен к выходу элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки,второй вход элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключен к выходу линейного преобразователя напряжение - вероятность,вход которого соединен с выходом блока ма штабирования, вход которого является входом устройства. На чертеже представлена блок-схем устройства. Устройство содержит блок 1 масшта бирования , линейный преобразователь напряжение - вероятность 2, элемент задержки 3, элемент ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ и счетчик результата 5. Устройство работает следующим образом. Напряжение исследуемого случайного сигнала с помощью блока 1 масщтабирования приводится к стандартному диапазону изменения О-А с центром в точке , где , - опорное (максимально допустимое) напряжение на входе линейного преобразователя напряжение - вероятность 2. При отсутствии сигнала на входе устройства напряжение на выходе блока 11 масштабирования должно равняться величине , При VQYI f- О напряжение на выходе блока больше или меньше ц/2 в за висимости от знака: при Vg у efctxYjn/ иначе ,/2. Коэффициент переда чи блока Кр(масштабный, коэффициент) выбирается из условия К,,/2. Усиленное и нормированное относитель но VQ, / 2 напряжение входнс5го сигнала с помощью линейного преобразователя напряжение - вероятность 2 преобразуется в последовательность бинарных символов У| с вероятностью появления единицы э ргу ) еыу .2 -ь-КпУ х о 5 X V VIJ f - -г л. , где х - нормированное (приведенное к единичному диапазону -0,5; 0,5 значение входного случайного сигнала

Последовательность случайных символов у непосредственно, а также через элемент задержки 3 поступает на входы элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 4, выполняющего возведение в квадрат текущих значений исследуемого сигнала Хц. При этом в условиях независимости случайных символов у, и у на входах данного элемента, обеспечиваемых применением элемента задержки 3, вероятность появления единичного символа на его выходе равна

РС2)Р( V УК УК

1

+ рЪц) (0,5 +х) + (0,5 - х) 0,5 +

2х,

Формула изобретения

Вероятностное устройство для оценки дисперсии случайных процессов,содержащее линейный преобразователь напряжение - вероятность,выход которого подключен к входу элемента задержки, и счетчик результата, о тличаюгцееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок масштабирования и элемент ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ, при этом вход счетчика результата подключен к выходу эле

ьданта ЭКВИВАТЕЛЬНОСТЬ, первый вход которого соединен с выходом элемента зад1ержки, рторой вход элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ подключен к выходу линей65 ноге преобразователя напряжение - веС выхода элемента ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ 4 бинарные символы Ъ поступают на вход счетчика результата 5, где по окончании периода усреднения N 2 тактов (п - разрядность счетчика) формируется результат вычисления 2, содержащий в себе оценку дисперсии исследуемого сигнала. Математическое ожидание результата равно M(Z) г MCZ) 0, N ,„2 дKz-f 0,5 + 2D(x)(2) Сравнение (1) с (2) показывает, что оценка дисперсии представлена в счетчике результата 5 во втором случае с коэффициентом 2. Достигаемый выигрыш в точности может быть определен путем сравнения относительных погрешностей выполнения оценок JjDi.x) 5ТхТ - ользуясь известной методикой, для первого и второго случаев при нормальном законе распределения значений х получаем 0,1875-0,5D(xj-3D(x) /D(x) и ( 0,25-12D(x) -/2D(x}. При изменении дисперсии D(x) в пределах от нуля до 0(х),д, 1/36 величина отношения di/с X, -/3 ,73, Таким образом, точность вычисления оценки Й(х) в предлагаемом устройстве по сравнению с известным увеличивается в -/З раз. Технико-экономический эффект,получаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в том,что на его основе могут быть построены простые и экономичные статистические анализаторы с повышенной точностью вычисления оценок дисперсии случайных процессов.

РОЯТНОСТЬ, вход которого соединен с выходом блока масштабирования, вход которого является входом устройства.

Источники информации, :.оинятые во внимание при экспертизе

1.Федоров Р.Ф. и др. Стохастические преобразователи информгщии, Л., Машиностроение, 1978, с. 141.

2.Гладский B.C. Вероятностные вычислительные модели. М., Наука, 1973, с. 124 (прототип.