Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке

 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники. Цель изобретения - повышение быстродействия. Для достиже -- ..j ния цели в схему устройства-прототипа введены спецвычитатель, п групп вычитателей и блок элементов И. Изобретение может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической , метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолшаи других подобных им функций, в.различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повышенной надежности . 6 ил. I О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (. )1) 4 G 06 F 15/353 15/332

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц ::;.."""

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3739356/24-24 (22) 07.05.84 (46) 07.04.86. Бюл. N- 13 (72) Л.С.Хуршудян (53) 681 ° 32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 371442, кл. G 06 F 15/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 278227, кл. G 06 F 15/36, 1970. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПО

СКОЛЬЗЯЩЕЙ ВЫБОРКЕ (57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники. Цель изобретения — повышение быстродействия. Для достижения цели в схему устройства-прототипа введены спецвычитатель, и групп вычитателей и блок элементов И. Изобретение может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и других подобных им функций, в,различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повышенной надежности. 6 ил.

1 1223250 2

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статистической структуры потока йонизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортого нальными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и других подобных им функций, в различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повьппенной надежности.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства на фиг.2

5 — функциональные схемы блока элементов И для случаев вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего, сглаживания по методу интерированных усреднений при M=7, сглаживания оператором Хэмминга (М=З) и вычисления экспоненциально взвешенного скользящего среднего при М=4, на фиг. 6 — блок-схема устройства в режиме вычисления-формирования коэффициентов разложения Хаара при М=2 .

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке (фиг. 1) содержит преобразователь 1 код-частота, информации, блок 2 элементов И, M счетчиков 3-1, 3-2,..., 3-(M-1), 3-M (где M — - .. объем скользящей выборки), блок 4 управления, генератор 5 тактовых импульсов, регистр 6, вход 7 запуска устройства, выход 8 окончания преобразования, выход 9 синхронизации и информационный выход 10 блока 1, выход 11 синхронизации устройства М информационных выходов

12-1, 12-2,..., 12-(M-1), 12-М блока

4, вход 13 синхронизации, блока 1, M выходов 14-1, 14-2,..., 14-j, 14. (M-1), 14-M блока 2, счетчик 15 (по модулю M), элементы 16-1, 162,..., 16-(M-1) и 16-М задержки, элементы И 17 вЂ,19.

35

S0

При этом блок 2 в случае вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего может быть выполнен в виде (фиг. 2) элементов И 20-1, 20-2,..., 20-М, в случае сглаживания

5

20 результатов измерений по методу интерированных усреднений, например, при M=7 — в виде (фиг. 3) первого элемента И 21, первого 22 и второго

23 триггеров, второго элемента И 24 и элемента И-НЕ 25, в случае сглаживания результатов измерений оператором Хэмминга, например, при М=З— в виде (фиг. 4) синхронного триггера

26 и элемента И 27, в случае экспоненциально взвешенного сглаживания результатов измерений, например, при M=4 — в виде (фиг. 5) трех каскадно включенных умножителей, каждый из которых содержит по одному счетчику 28-1, 28-3 по модулю 4 и по одному элементу 28-4, 28-6 запрета соответственно.

Устройство для выполнения Ортогонального преобразования по Хййру для случая M=2 и соответственно для

)1=3 дополнительно содержит по (2 -1

-1)=3 вычитателя 29-30, 31-32,33-34, первая группа вычитателей содержит три основных вычитателя 35 — 37 и один дополнительный 38, вторая группа вычитателей содержит один основной вычитатель 39, дополнительный вычитатель 40, третья группа вычитателей не содержит (2 -1=0)основных вычитателей и содержит лишь один дополнительный вычитатель 41. Разрядные выходы 42 являются информационными выходами устройства нулевого порядка, т.е. на них выставляется знанекие коэффициента q(OO) =P_#_((i J)T) разложения по Хаару, выхбд 43 является информационным выходом первого порядка, на котором выставляется значение коэффициента 0,542 д (1,1) =

8 4

g(О,1) = —,Г Х ((i-jП1+ <) (-7)T

J=S,) =1

Выходы 44 и 45 вычитателей второй группы являются информационными выходами устройства 2-ro порядка, на которых выставляются соответственно значения коэффициента 0,5 )Г2 (1,1)це

8 6

= к((;- j) Т) -/ et(i -3)Tj и коэффициента

J-7 3=5

4 2 ..051 2.й (12) = х((-j»1- х(()-)) Т).;

55 .) - 1

Выходы 46 — 49 вычитателей третьеи группы являются информационными выходами устройства третьего порядка, 1223250 4

55 на которых выставляются соответственно значения коэффициентов

О, 5 Г2 сл (2, 1) =х ((i-8) Т)-х ((i 7) Т)

0,5Q о (2,2) =х f (i-6) T7-x ((i-5) T j; .0,542 с (2,3) =х t (i-4) T) -х ((i-3) Т);

0,542 а(2,4) =х P(i-2) Tl-x t (i-1) Т), где x(i, Т) — значение входного кода в момент времени, Т (i=M+1,М+2,...)

Т вЂ” интервал дискретизации.

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке работает следующим образом.

Переключение устройства в режим регистрации осуществляется путем подачи на вход 7 сигнала (уровня).

"Лог 1" (положительная логика). При этом собственно процесс измерения скользящего среднего начинается с момента начала выработки на частном информационном выходе 10 блока 1 последовательного число-импульсного кода, в наперед известном масштабе отображающего дискретное значение регистрируемого процесса. Причем в какой бы форме не поступали в блок 1 результаты измерения случайной функции: в виде интервалов времени между двумя случайными импульсами, заполняемых (интервалы) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде амплитудного значения сигнала, промеряемого также (после обычного.преобразования амплитуда — время) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде параллельного двоичного кода, преобразуемого по методике код-частота, на счетный вход 10 блока 2 будут постуйать импульсы, количество которых в заданном масштабе каждый раз будет отображать значение дискреты x(i,Т) .

В то же время по окончании преобразования каждого текущего результата измерений x(i, Т) в соответствующий число-импульсный код блоком

1 на своем выходе 8 выставляется импульс "Лог 1", который в качестве поинтервального синхроимпульса поступает на одноименный вход блока 4 управления. По срезу поинтервального синхроимпульса, т.е. при переходе этого импульса из состояния "Лог 1" в "Лог О", счетчик 15 по модулю M в начальный период поступления и обработки первых (М-1) результатов измерений последовательно увеличивает свои показания вплоть до установки

50 уровня "Лог. 1" Hà его старшем по весу разрядном выходе Р . В. результате сигнал переноса со старшего по весу разрядного выхода P счетчика 15, с одной стороны, деблокирует элемент И 17 блока 4, а с другой — запирает по входу элемент И 18. Тем самым фиксируется (защелкивается) данное состояние счетчика 15, которое вплоть до поступления на вход 7 сигнала "Лог. О" остается неизменным до окончания всего процесса обработки результатов измерений либо до момента очередного нарушения стационарности режима его работы (в случае использования предлагаемого устройства в качестве датчика случайных чисел.

Вместе с этим при каждом поступлении в блок 4 синхроимпульса он поступает также на вход элемента 16-M задержки и, последовательно распространяясь через все элементы 16-j задержки формирует на соответствующих информационных выходах 12-j блока 4 задержанные один относительно другого управляющие сигналы для соответствующих счетчиков 3-j информации. В результате содержимое каждого счетчика j-1 ()=1, 2,..., М) информации переписывается в j-й счет. чик информации. При этом синхроимпульс "Лог. 1", каждый раз достигая первый элемент 16-1 задержки, с его выхода блокирует по входу элемент И

19. Последний в этом случае формирует на первом информационном выходе блока 4 импульс "Лог. 0", который обнуляет первый счетчик 3-1 информации и одновременно в качестве командного импульса начала регистрации следующего результата измерения исследуемого процесса поступает на выход 12.

Таким образом, по истечении статистической обработки первых (M-1) результатов измерений исследуемого процесса показания S„ j-го по порядковому номеру (рангу) счетчика 3-j информации в момент окончания регистрации число-импульсного кода каждого очередного результата измерения x(i, Т) составляют величину

j-1

S =) b(j t)х ((i-t)T), (5)

t=o где b(>-g)- весовые коэффициенты соотг ветствующих j õ счетчи1223250 ков-накопителей информации (О t ((j-1);

j = 1, 2,..., И, причем b(j-t) 0

В частности, при вычислении равномерно взвешенного скользящего среднего (среднеарифметического значения последних M результатов измерений) значения весовых коэффициентов Ь| . для всех счетчиков-накопителей информации одинаковы и блок 2 в этом случае может быть выполнен таким образом (фиг. 2), что элементы И 20-j выполняют функции умножения сигналов с частотного информационного выхода

10 блока 1.

В случае сглаживания результатов измерений по методу интерированных усреднений, например при И=7, т.е. 20 когда сглаживание производят по разностному соотношению

S = †(x(i,Т)+2х ((i-1)Т)+Зх ((1-2)Т)+

+4х ((— 3)T)+3x I(i-4)Т)+2х ((i-5)Т) + 25

+x P(i-6) Т )), (а) блок 2 мажет быть выполнен согласно фиг. 3. При таком сглаживании, равносильном выполнению сначала операции вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего для каждых четырех результатов измерений, а затем вычислению такого же скользящего среднего по полученным ранее скользящим средним, весовые коэффициенты

Ь =Ь =1 Ь =b =2 и Ь =b =3 симмет7 1 6 Ь рично (относительно центрального

4-го счетчика-накопителя информации) расположенных счетчиков равны между собой (фиг. 3). Тогда, имея в виду, что нормированное значение Ъ весоЦ вого коэффициента для центрального

4-го счетчика информации в блоке 2 (фиг. 3) принимается равным Ь =1, / соответственно для нормированных значений остальных коэффициентов имеем

Ъ =Ь =1/4 Ъ =Ь =2/4 b =Ъ =3/4.

7 2 3 5

Указанную нормировку, т.е. деление на 4, на 2 и на 3/4, производят соответствующие узлы блока 3 (фиг.3)

В результате (по истечении статистической обработки первых М-1 резуль- . татов измерений) с каждым поступлеl55 нием очередного нового результата из- мерения x(i,Т) показания S„ последнего М-ro счетчика отображают значение интерированной суммы для семи последних результатев измерений исследуемого процесса, которое (S„) сигналом "Лог. 1" на входе 11 заносится в регистр 6.

В случае сглаживания при М=З результатов измерений оператором Хэмминга блок 2(фиг. 4) содержит один синхронный триггер 26, осуществляющий нормировку по mod 2 весовых коэффициентов 1- и 3-го счетчиков, и один умножитель 27. В остальном устройство функционирует аналогично.

Экспоненциальное сглаживание ре-, зультатов измерений в устройстве осуществляется непосредственно по определяющему такой тип сглаживания рекуррентному соотношению

Y(i,Т)=с (1-с() х p(i-j)T), (7) где с =1/M — постоянная сглаживания.

Действительно, сопоставляя последнее соотношение с разностным управлением, описывающим алгоритм функционирования предлагаемого устройства, нетрудно видеть, что нормированные весовые коэффициенты (в этом случае согласно определению экспоненциального сглаживания) должны убывать (при убывании ранга j от М до 1) по геометрической прогрессии.

Это требование обеспечивает блок 2, который в случае M=4 и для (1-0)=

=3/4 может быть выполнен согласно фиг. 5, Устройство при осуществлении ортогонального преобразования по Хаару работает следующим образом.

Число-импульсные коды отсчетов

x(i T7 последовательно с периодом Т регистрируются в счетчиках 3-j no рассмотренному вьппе алгоритму функционирования для случая вйчисления равномерно взвешенного скользящего среднего, т.е. для случая, когда все весовые коэффициенты Ъ для разJ ностного уравнения равны единице,а блок 2 выполнен согласно фиг. 2.

Для рассматриваемого (фиг ° 6) в качестве примера случая вычисления восьми коэффициентов усеченной функции Хаара (И=2 =8; и =3) показания всех 3j -х счетчиков. с момента времени t=2 -T=8T представляют (j=1,.

t}

2,...,8) скользящие частичные суммы временной последовательности отсчетов согласно разностному управлению.

1223250

При этом на разрядных выходах 42 восьмого (под (13-8) счетчика-накопителя информации автоматически выставляется значение коэффициента

4(0,0) Хаара нулевого порядка, а на информационном выходе 43 вычитателя

41 третьей группы (фиг. 6) — значение коэффициента о((0,1). В то же время на информационных выходах 49 и 45 (дополнительных) вычитателей 38 и 40 соответственно также автоматически выставляются значения 0,5Г2 ()(2,4) и 0,5(/2 (1,2). Первые входы вычита- телей 38, 40 и 41 при их соединении с разрядными выходами соответствующих счетчиков сдвинуты на один разряд влево (в сторону старших разрядов). Благодаря этому, т.е. комбинационному выполнению операции умножения на 2, обеспечивается получение надлежащих значений 0,5 t2 4 (2,4) и 0,5 42 a(1 2).

В то же время на выходах нечетных

29-, 31- и 33-го вычитателей соответственно выставлены величины з 2

5 з т<((),))Т) «((< P)T)=X((I 3)T) ,7 = 1 j-1

s,,-2 ((-))Т)-Е (< — )Т)=х((-ЯТ);

5„= х((i-))Т) ((-))77=) (()-1)Т), J=1

1 равные последним трем нечетным отсчетам регистрируемого процесса.Вместе с этим на выходах четных 30-,32и 34-ro вычитателей соответственно выставлены следующие величины:

S„=x f(i-4) Т) -х f(i-3) Т2

S =х ((-6) Т) -х ((-5) Т(;

8 „=х f(i-8) Т 7 -х f(i-7) Т (;

В результате на выходах 46, 47 и 48 вычитателей 37, 36 и 35 первой группы соответственно выставлены значения коэффициентов третьего порядка

0,5 Г2.а(2,1) =S>< -2S>> =х(-(i — 8)Т)— x f(i-7)T);

0,5/2а(2,2)=Яз -2$ „=х((2-6)Т)— — х ((i-5)Tj;

0,5 /2 а(2, 3) =S 2S„=х ((i-4) Т (-(х (i-3)T)

Одновременно с этим на выходе 44 вычитателя 39 второй группы выставлен коэффициент второго порядка

<(0,512 с((1,17 =S Я ° ((;-,))()— ь .) -7

-, I< -))Т), 5

) Ь в формировании которого при реализуемом здесь алгоритме уже не участвуют ни вычитатели третьей группы, ни нечетные вычитатели. Кроме того., в

1О соответствии с хааровским процессом сдвига и сжатия в формировании коэффициентов каждой следующей i-й группы, начиная с 2-й группы вычитателей, не участвует мпадший по номеру (основной) вычитатель (i 1)-й группы (в данном случае для 2-й группы 35-й вычитатель, а для 3-й группы

39-й вь)читатель).

Формула изобретения

Устройство для статистической обработки результатов измеренИй по скользящей выборке, содержащее гене2 ратор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу синхронизации преобразователя код-частота, блок управления, M счетчиков (где М— объем вводной выборки) и регистр, информационный выход которого является информационным входом устройст1 ва, отличающее ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок элементов И

П-1

2 (2 -1) вычитатель (п=1оя М) и и. . 2 групп вычитателей, причем i-я (i-=1п) группа содержит 2 вычитателей, при этом информационный выход синхронизации преобразователя код-частота

4О информации подключен соответственно к индукционному и управляющему входам блока элементов И, j-й (j=1,M) выход которого подключен к счетному вводу j ãî счетчика, информацион4> ный выход (< -го (K=1, М-1) счетчика подключен к информационному вводу (К+1)-го счетчика, а индукционный ! выход М-ro счетчика подключен к информационному входу регистра, первый и второй входы 2" -го вычитателя

i-й группы подключены к информационным выходам соответственно 2 -ro

I и 2 -го счетчиков, информационный выход j -ro (j =2m, m = 1,2" ) счетчика подключен к первым входам j -го и (— ))П и (j -1)-го вычитателей, вторые вводы которых подключены к информационным выводам соответственно (j„+1)-го и (j„+2)-го счетчиков, выходы j -го и

° Ф

9 12 (j -1)-го вычитателей подключены со т ответственно к первому и второму вхоpaM j. -го и (j -1)-ro вычитателя первой групйы,выходы j -ro и (j +1)-ro (j =j ф ф2; t=1,2...) вычитателей первой группы подключены соответственно к первому и второму входам j -го вычитателя

9 второй группы, выход E-ro (2=2,4...) и (9+1)-го вычитателей Р-й (8=2, -1) группы подключены соответственно к первому и второму входам (1/2)-ro вычитателя (р+1)-й группы, выходы вычитателей i-й группы являются группой информационных выходов (и-i+1)го порядка устройства, а.информационный выход M-го счетчика является информационным выводом нулевого порядка устройства, причем блок управления содержит M элементов задержки, три элемента И и счетчик, выход переноса которого подключен к первому входу первого элемента И, первому входу

23250 10 второго элемента И, выход которого подключен к установочному входу регистра, выход окончания преобразова-. ния преобразователя код-частота подключен к вторым входам первого и второго элементов И и входу первого элемента задержки, выход r-го (г=!,M-1) элемента задержки подключен к установочному входу (M-i+1)-го счетчика и входу (r+1)-го элемента задержки, выход

M-го элемента задержки подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входу сброса первого счетчика, вход запуска преобразователя код-частота является входом запуска устройства и соединен с вторым входом третьего элемента И и входом сброса счетчика блока управления, а выход первого элемента И подключен к счетному входу счетчика блока управления.

1223250

1223250 Ъг.б

Составитель А.Баранов

Редактор В.Петраш Техред И.Бонкало Корректор В.Бутяга

Заказ 1716/53 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для определения вероятностных характеристик случайных процессов

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при обработке случайных процессов путем скользящего весового сглаживания в реальном масштабе времени

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для анализа случайных процессов

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве специализированного вычислителя, предназначенного для оценки параметров сигнала

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для скользящего определения дисперсии в устройствах цифровой обработки аналоговой информации, В системах автоматического контроля и управления

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для вьтолнения функциональных преобразований в различных - системах обработки информации

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, в частности к устройствам кусочйолинейной аппроксимации функций, и может быть использовано в составе аналого-цифровых вычислительных систем
Наверх