Устройство для определения стационарности случайного процесса

 

Изобретение относится к области вычислительной технике и может быть использовано для анализа случайных процессов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет разделения случайного процесса на стационарные участки. Устройство содеращее блок 1 синхронизации, преобразователь 2 напряжение-код, и блок 3 регистров сдвига, схема 4 сравнения, первый регистр 5 сдвига, первый счетчик 6, второй регистр 7 сдвига, вторая и третья схемы 8, 9 сравнения, первый элемент ИЛИ 10, элемент И 11, дополнительно содержит блок 12 памяти, второй счетчик 13, элемент 15 задержки, второй элемент ИЛИ 16, группа 17 элементов запрета и элемент НЕ 18, соединенные с узлами схемы-прототипа в соответствии с решаемой задачей. Цель достигается применением последовательной процедуры анализа гипотезы о стационарности случайного процесса для каждого текущего значения исследуемого процесса, при этом одновременно определяются границы стационарности отдельных участков случайного процесса. 6 ил.

Соаэ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (51)5 С 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГННТ СССР

И А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3874291/24-24 (22) 25.03.85 (46) 23.10.90. Бюп. У 39 (72) В,И.Басов и С.Н,Никулин (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 736117у кло G 06 F 15/36, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 1200299в кл. G 06 F 15/Збэ 1984

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНОСТИ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для анализа случайных процессов. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет разделения случайного процесса на стационарные участки. Устрой16016 )5 ство содержащее блок 1 синхронизации, преобразователь 2 напряжение — код, блок 3 регистров сдвига, схему 4 сравнения, первый регистр 5 сдвига, пер5 вый счетчик 6, второй регистр 7 сдвига, вторую и третью схемы 8, 9 сравнения, первый элемент ИЛИ 10, элемент

И ll,, дополнительно содержит блок 12 памяти, второй счетчик 13, элемент

)5 задержки, второй элемент ИЛИ 16, группу 17 элементов зGI1pета и элеИзобретение относится к вычислительной технике и может быть применено для разденения случайного процес- 20 са па стационарные участки.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения разделения случайного процесса на стационарные уча- gg стки при оценке его стационарности.

На фиг.) представлена структурная схема устройства; на фиг,2 — схема блока синхронизации; на фиг.3 — временные диаграммы; на фиг.4 — схема блока регистров; на фиг.5 — интервалы стационарности.

Устройство содержит блок 1 синхронизации, преобразователь 2 напряжение — код, блок 3 регистров сдвига, первую схему 4 сравнения, первый регистр 5 сдвига, первый счетчик 6, второй регистр 7 сдвига, вторую 8 и ,третью 9 схемы сравнения, первый элемент ИЛИ 10, элемент И 11, блок 12 40 памяти, второй счет шк 13, блок 14 регистрации, элемент 15 задержки, вто" рой элемент ИЛИ 16, группу 17 элементов запрета, элемент JE 18, запускающий вход 19, вход 20 установки в исходное состояние и информапионный вход 21.

".Ф

Информационный вход 21 устройства подключен к информационному входу преобразователя 2, запускающий вход

19 устройства соединен с первым входом блока 1, а вход 20 установки устройства в исходное состояние подключен к второму входу блока 1, нторому установочному входу блока 3, второму входу второго элемент ИЛИ 16, входам установки в нуль регистров 5 и 7 и счетчика 13. мент НЕ .18, соединенные с узлами схемы прототипа н соответствии с решаемой задачей. Цель достигается применением последовательной процедуры ана лиза гипотезы о стационарности случайного процесса для каждого текущего значения исследуемого процесса, при этом одновременно определяются границы стационарности отдельных участков случайного процесса. 5 ил.

Третий выход блока 1 подключен к синхронизирующему вхоцу преобразователя 2, четвертый выход соединен с входом управления сдвигом регистра 5, второй выход подключен к счетному входу второго счетчика 13, пятый выход соединен с входом управления записью регистра 5 и вторым входом элемента И !1, а первый выход блока 1 подключен к синхронизирующему входу блока 14, управляющим входам блоков

3 и 12 и входу управления записью регистра 7.

Выходы преобразователя 2 соединены с первыми информационными входами блока 3, вторыми информационными входами блока 14 и с первыми входами схемы 4, вторые входы которой подключены к выходам регистров блока 3. Первый выход схемы 4 соединен с первым информационным входом регистра 5, остальные выходы схемы 4 соединены с информационными входами элементов запрета группы 17, Выходы элементов запрета группы 17 подключены к вторым информационным входам регистра 5. Выход регистра 5 соединен со счетным входом счетчика 6, выходы которого подключены к первым входам второй 8 и третьей 9 схем сравнения. Выходы счетчика 13 соединены с адресными входами блока l2 памяти и первыми информационными входами блока 14, выходы блока 12 подключены к информационным входам регистра 7, первая группа выходов которого соединена с вторыми входами схемы 8, а вторая группа выходов подключена к вторым входам схемы

9. Выходы схем 8 и 9 соединены с вхо" дами элемента ИЛИ )О, выход которого подключен к первому входу элемента

И 1).,Последний своим выходом связан

16() 6 с управляющим входом блока 14, первым входом элемента ИЛИ 16, входами запрета элементов группы 17, первым установочным входом блока 3, входом

5 управления записью, входом второго разряда счетчика 13 и через элемент

НЕ с входами остальных разрядов счетчика 13. Выход элемента ИЛИ 16 через элемент 15 задержки соединен с входом установки в нуль счетчика 6, Блок 1 синхронизации (фиг,2) управляет работой всех остальных блоков устройства. Он содержит генератор 22 импульсов, первый элемент

И 23, счетчик 24 импульсов, второй элемент И 25, первый 26 и второй 27 элементы задержки, первый 28 и второй

29 элементы ИЛИ и RS-триггер 30.

Первый вход блока соединен с 20 одним из входов элемента ИЛИ 28, второй вход — с установочным входом счетчика 24 и одним из входов элемента

ИЛИ 29. Прямой выход триггера 30 подключен к третьему выходу выходу блока 1, выход элемента И 23 соединен с четвертым, выход элемента И 25 — с вторым, выход элемента 26 задержки— с пятым, а выход элемента 27 задержки — с первым выходами блока 1. 30

Блок 3 регистров (фиг.4) содержит (m-1) последовательно соединенных регистров 31 сдвига, где m — максимальное количество точек стационарного участка случайного процесса. Входы первого регистра 31 являются информационными входами, блока 3. Выходы каждого регистра блока 3 подключены к первым входам схемы 4 сравнения, 40

Второй установочный вход блока 3 подключен к входу установки в единичное состояние первого регистра 31 и первому входу элемента ИЛИ 32, второй вход которого соединен с первым ус- 45 тановочным входом блока 3, а выход связан с входами установки в единицу остапьных регистров 31.

Регистрация информации производится в восьмеричном коде.

Устройство работает следующим образ ом.

После подачи питания и импульса на установочный вход 20 блоки устройства устанавливаются в исходное состояние. При этом с выходов блока снимается нулевой сигнал, Блок 3 регистров устанавливается в единичное

15 о состояние, регистры 5 и 7, счетчики

6 и 13 устанавливаются в нулевые состояния .

В ячейки блока 12 предварительно записываются верхние Т; „,и нижние

Т,,„„ граничные значения числа инверсии (цепи предварительной записи и;1формации в блок 12 памяти на фиг.! не показаны), На вход 19 устройства подается импульс запуска. По этому сигналу на третьем выходе блока 1 появляется единичный сигнал, который подается на синхронизирующий вход преобразователя 2. Последний начинает цикл преобразования непрерывной случайной величины напряжения в двоичный код.

На чертвертом выходе блока 1 появляется последовательность из и импульсов, которая поступает на вход управления сдвигом регистра 5. ° Иэ регистра 5 на счетный вход счетчика 6 поступает нулевая последовательность сигналов. В результате счетчик 6 остается в нулевом состоянии: Т„ =О. Число Т, записанное в счетчик 6, сравнивается в схемах 8 и 9 со значениями

T и Тц „ „, поступающими с выхоомакс О ми дов второго регистра 7. Результат сравнения — нулевой сигнал (так кан

Тс= То мо„с= !» мия То мин) пает через элемент ИЛИ 10 на первый вход элемента И 11.

1

3а время формирования последовательности п импульсов на четвертом выходе блока 1 преобразователь 2 заканчивает преобразование непрерывной случайной величины в двоичный код Х!.

Это двоичное число поступает на первые входы схемы 4 и сравнивается с

-двоичными числами, записанными в регистры блока 3 и поступающими на вторые входы схемы 4. На каждом выходе .схемы 4 появляется единичный сигнал, если число Х больше числа, записанного в соответствующий регистр блока

3. Так как все разряды регистров блока 3 в начале работы устройства были установлены в единичное состояние, то числа, записанные в регистры бло ка 3, оказываются не меньше числа Х

Поэтому на выходах схемы 4 появляются нулевые сигналы, Последний п-й, импульс последовательности, формируемый в блоке 1, с второго выхода блока

1 поступает на счетный вход счетчика

13 и тем самым задает адрес первой

1601615 ячейке блока 12 памяти, из которой будет происходить считывание информации р

Задержанный на один такт и-й им5 пульс последовательности поступает с ., пятого выхода блока l на вход записи

; регистра 5 и HG один из входов элемен, та И 11„При этом в регистр 5 записана комбинация сигналов 00...0, а с

:; выхода элемента И 11 снимается нулевой сигнал, соответствующий результату сравнения содержимоro счетчика 6

: То с граничными значениями То мокс и

То „„„ц, осуществляемого схемами 8 и 9, 15 !

С первого выхода блока 1 на управ ляющие входы блоков 3, 12 и 14 и регистра 7 поступает п-й импульс, задержанный на два такта По этому сиг,.налу двоичное число Х с выходов преобразователя 2 записывается B первый регистр блока 3, а содержимое перво. го регистра блока 3 переписывается, во второй регистр, второго — в тре- 25 тий, и т.д. Таким образом, в регист, рах блока 3 будут записаны числа Х, 1,1,„ .,1, В регистр 7 запишутся из первой ячейки блока 12 сигналы, соответствующие числам тумаке и T) миио 30

Блок 14 производит регистрацию, на.пример, на бумажной ленте значения

Х, поступающего на его вторые информационные входы, и порядковый номер числа Х < в выборке, поступающий на

35 его первые информационные входы с выходов счетчика 13, На этом закан. чивается первый цикл работы устройства, С началом второго цикла работы уст-40 ройства на третий выход блока 1 снова поступает единичный сигнал, по которому в преобразователе 2 начинается пре" образование аналоговой случайной величины в двоичное число Х . Поступающая с четвертого выхода блока 1 на вход управления сдвигом регистра 5 последовательность импульсов вызывает поступление сигналов о результатах сравнения предыдущего цикла, хранящихся в регистре 5, на счетный вход счетчика 6. После окончания и-го импульса в счетчике 6 будет записано число О, а .н счетчике 13 запишется адрес второй ячейки блока 12, По импульсу, поступаюшему с пятого выхода блока 1 на вход управления записью регистра 5, сигналы А (Х,Х <)

А (Хг l)э А(Хаюl)э " ° зA(X ý1) î pe.— зультатах сравнения числа Х с числами Х,1,1,...,1, записанными в регистрах блока 3, записываются в регистр 5.

По импульсу, поступающему с перного выхода блока 1, происходит сдвиг информации в регистрах блока 3 и запись в регистр 7 из второй ячейки блока 12 чисел Тгмакс, Тг мин Б ре гистрах блока 3 будут записаны числа

, 9 Х (ф 1 ф 1 ф О О О ф 1 °

После К-го цикла работы устройст" ва (К (n+1) в регистрах блока 3 будут записаны числа. Хк, Хк,,...,Х, 1,...,1, Б регистре 5 будет записана комбинация сигналов, соответствующих результатам сравнения числа Х к с сигналами Хк,, Х к,...,Х . Б счетчике 6 будет записано число

k-2 М -( т, = X А (х х ).

;=1 ) = 1+1

Сигналы, поступающие с выходов регистра 7 на входы схем 8 и 9, соответствуют граничным значениям инверсий Т(к,1 мин, Т(к- ) макс котор будут сравниваться с числом Т „, поступающим на другие входы схем 8 и

9 с выходов счетчика 6. На выходах схем 8 и 9 появляются сигналы С и

С при т,, > T (X<1 „„„

С

Тк-< — Т(к 1макс

1 при т„, а т „,,,„, С1 =

0 при тк-, Т0, 1М

Импульс с пятого выхода блока. 1 проходит на выход элемента И 11 в том случае, когда значение Т к, выходит за пределы граничных значений, т,е. когда для данной точки случайного процесса не выполняется условие стационарности (к-с) м ц — x- - (x- ) yaxc. т т «ат

Этот импульс поступает на управляющий вход блока 14, первый установочный вход блока 3, на входы запрета элементов группы 17, через элементы 16 и 15 на вход установки в нуль счетчика 6, на установочные входы и на вход управления записью счетчика

13. Этот импульс поступает на уста!

60!615! о новочные входы 1,3,4,...,m (m — Log n) разрядов счетчика 13 чеХ рез элемент НЕ 18, После окончания этого импульса в блоке 14 регистриру5 ется факт окончания стационарного участка (например, путем прогона бумажной ленты или печати специального символа по импульсу, поступившему на управляющий вход блока 14). Все регистры блока 3, кроме первого, устанавливаются в единичное состояние (в первом регистре блока 3 сохраняется код числа Х <, которое становится первым числом следующего стационарно- !5 го участка случайного процесса, т.е.

Х « < ф Х<). Регистр 5 по управляющему сигналу с четвертого выхода блока

1 и сигналам, поступающим с выходов элементов группы 17 и первого выхода схемы 4, устанавливается в состояние

А «<, 0,0,..., (при этом А, => А,).

Счетчик б с задержкой на один такт устанавливается в нулевое состояние (задержка необходима дпя того, чтобы сохранить сигнал нестационарности, формируемый сигналами с выходов счетчика через схемы 8 и 9), а в счетчике

13 записывается число 2 — адрес второй ячейки блока 12. Таким образом, 30 устройство подготовлено к обработке второго числа Х текущего стационар2 ного участка, двоичный код которого поступает с информационных выходов преобразователя 2. Далее цикл работы устройства повторяется и блок 14 регистрирует порядковые номера и значения чисел текущего стационарного участка.

I 40

Если зарегистрировано п точек оче редного стационарного участка, то после окончания (n+I)-ro такта счетчик

13 устанавливается z нулевое состояние. Из блока 12 по этому коду выби- 45 рается нулевая комбинация, а в регистр 7 записываются числа Т(п ь <1 макс

Ф Т ° = 0 В результате срав(»»+<) мин нения этих чисел с числом Т и„,, не равным нулю (так как числа Т< форми50 руются как арифметическая сумма предыдущих значений T «<, Т„,..., хотя бы одно из которых не равно нулю),на выходе элемента И 11 формируется им55 пульс нестационарности, которыи подготавливает устройство для регистрации нового стационарного участка. Таким образом, стационарный участок, имеющий количество точек, большее, чем емкость блока 12, разбивается на несколько участков.

Остановка устройства и приведение его в исходное состояние для следующего запуска происходят после подачи импульса на установочный вход устройства.

Формулаz»çîбретения

Устройство для определения стационарности случайного процесса, содержащее блок регистрации, преобразователь напряжение — код, информационный вход которого является информационным входом устройства, а выходы подключены соответственно к разрядным входам блока регистров сдвига и к первой группе входов первой схемы сравнения, вторая группа входов которой соединена с разрядными входами блока регистров сдвига, первый выход первой схемы сравнения соединен с первым информационным входом первого регистра сдвига, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен к первым информационным входам второй и третьей схем сравнения, вторые информационные входы которых подключены соответственно с первой и второй группам HHAoplicUJHoHHblx выходов второго регистра сдвига, а выходы второй и третьей схем сравнения подключены соответственно к первому и второму входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом элемента И. о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения разделения случайного процесса на стационарные участки, оно содержит блок памяти, второй счетчик, элемент задержки, второй элемент ИЛИ, элемент HE группу элементов запрета, информационные входы которых соединены соответственно с группой выходов первой схемы сравнения, выходы подключены к группе вторых информационных входов первого регистра сдвига, а входы запрета груп" пы элементов запрета объединены с первым входом второго элемента ИЛИ, с входом управления записью, входом второго разряда второго счетчика непосредственно, а через элемент НЕ, — с группой разряд12

1601б15

2 ных входов второго счетчика, с первым установочным входом блока регистров сдвига, с управляющим входом блока регистрации и подключены к выходу элемента И, первый выход бло5

1<а синхронизации, входу управления сдвигом блока реги стр о в сдвига, к

Входам управления записью блока памяти и второго регистра сдвига, ин формационный вход последнего из ко торых соединен с выходом блока памяти, адресный вход которого объединен с первым информационным входом блока регистрации и подключен к выходу вто- 1— рого счетчика, счетный вход которого соединен с вторым выходом блока синхронизации, а установочный вход второго счетчика объединен с вторым установочным входом блока регистров сдвига, установочным входом блока регистров сдвига,„ установочным входом второго регистра сдвига, установочным входом первого регистра сдвига и вторым входом второго элемента ИЛИ, входу останова блока синхронизации, третий выход которого соединен с синхронизирующим входом преобразователя напряжение - код, четвертый выход подключен к входу управления сдвигом первого регистра сдвига, вход управления записью которого объединен с пятым выходом блока синхронизации, выход второго элемента ИЛИ через элемент задержки соединен с установочным входом первого счетчика, второй информационныи вход блока регистрации подключен к выходу преобразователя напряжение — код.

1(.016! 5

1601б15

Со ст авит ель

Редактор О.Юрковецкая . Техред М.Дидык Корректор O.Ципле

Заказ 3271 Тираж 5б7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Производственно- -датьский KDMGHHGT "Пате -тФ!у . Ужгород, ул. Гагари аУ 101