Вероятностное устройство вычисления математического ожидания

Авторы патента:

Захаров Александр Сергеевич (RU)

Сапожников Николай Евгеньевич (RU)

Моисеев Дмитрий Владимирович (RU)

Костюков Александр Дмитриевич (RU)

G06F17/18 - для обработки статистических данных

Владельцы патента RU 2761500:

Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к устройству вычисления математического ожидания. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик произведения N*K, счетчик математического ожидания, блок переписи результата, конъюнктор на два входа и вероятностный преобразователь, вход которого является входом всей схемы, на который подается случайный сигнал X(t), вероятностный преобразователь выполняет линейное вероятностное преобразование измеряемого случайного сигнала X(t), на второй вход вероятностного преобразователя поступают синхроимпульсы с генератора тактовых импульсов, выход которого также нагружен на вход счетчика произведения N*K, который выполняет подсчет синхроимпульсов с генератора тактовых импульсов, выход которого в прямом коде подается на второй вход двухвходового конъюнктора, на первый вход которого нагружен выход вероятностного преобразователя, выход двухвходового конъюнктора нагружен на вход счетчика математического ожидания, выходы которого нагружены на входы блока переписи результата, на разрешающий инверсный вход которого нагружен выход счетчика произведения N*K, выход блока переписи является выходом всей схемы. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для измерения характеристик случайных процессов в системах автоматического контроля и управления.

Известны устройства аналогичного назначения, построенные на основе специализированных арифметико-логических устройствах, которые состоят из квадраторов, делителей и сумматоров [Порфирьев Г.Н., Барахтин В.М. Устройство для вычисления оценок математического ожидания и дисперсии. AC SU 1280392 А1 опубл. 30.12.1986]. Основными их недостатками являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка устройства для вычисления математического ожидания случайного сигнала при вероятностном представлении данных, обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.

Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация основных математических операций.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является уменьшение аппаратного объема устройства вычисления математического ожидания случайного сигнала и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем замены в прототипе цифровых компараторов, делителей и сумматоров на накопительные двоичные счетчики.

Для эргодических стационарных случайных сигналов, квантованных по времени в соответствии с теоремой Котельникова, выражение для оценки математического ожидания имеет вид:

где:

X(t) - измеряемый случайный сигнал, представленный в двоичном позиционном коде;

N - количество циклов измерения значения случайного сигнала х_i.

Учитывая, что при однолинейном однополярном вероятностном преобразовании каждое значение х_i заменяется соответствующим вероятностным отображением, оценкой х_i, то есть будет:

где:

К - количество статистических испытаний, необходимых для преобразование в вероятностное отображение y_ij. измеряемое значение случайного сигнала x_i, представленного в двоичном позиционном коде.

Подставляя последнее выражение в выражение для вычисления оценки математического ожидания и, для упрощения записи, заменяя {M[X(t)]}* на получим выражение для вычисления оценки математического ожидания при вероятностной форме представления информации

или

В соответствии с выражением (4) для измерения математического ожидания достаточно осуществить линейное вероятностное преобразование измеряемого случайного сигнала X(t), просуммировать члены вероятностного отображения на интервале измерения и отнести полученное значение к произведению N×K.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема вероятностного устройства вычисления математического ожидания, где:

1 - вероятностный преобразователь (в качестве которого может быть использован - Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е. Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение; Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) опубл. 10.07.2018 Бюл. №18);

2 - двухвходовой конъюнктор;

3 - счетчик математического ожидания;

4 - генератор тактовых импульсов;

5 - счетчик произведения N*K;

6 - блок переписи результатов.

Измеряемый сигнал X(t) поступает на тактируемый от генератора тактовых импульсов (4) вероятностный преобразователь (1), с выхода которого вероятностное отображение Y(t) через открытый вентиль (2) поступает в счетчик (3), где суммируется. При переполнении счетчика N×K (5) вентиль (2) закрывается и информация об оценке математического ожидания в виде двоичного числа через блок переписи (6) поступает на выход схемы. Основное преимущество этой схемы перед «классической» цифровой схемой заключается в замене квадратора, делителя и сумматоров на накопительные счетчики, то есть в выигрыше по затратам оборудования и энергетическим характеристикам, а также в повышении помехоустойчивости за счет использования вероятностного представления данных.

Процессы в схеме предлагаемого устройства протекают в следующей последовательности. В начале работы значения счетчиков (3) и (5) сбрасываются, после чего начинается выполнение вычисления. На вход вероятностного преобразователя (1) подается измеряемый случайный сигнал X(t). С выхода вероятностного преобразователя (1), тактуемого генератором тактовых импульсов (4), вероятностное отображение Y(t) через открытый двухвходо-вой конъюнктор (2) поступает в счетчик математического ожидания (3), где подсчитывается количество единиц в вероятностном отображении Y(t). Параллельно с вероятностным преобразователем (1), сигнал с генератора тактовых импульсов (4) тактует счетчик произведения N*K (5), при переполнении которого, двухвходовой конъюнктор (2) закрывается и информация об оценке математического ожидания в виде двоичного числа с параллельных выходов счетчика математического ожидания (3), через блок переписи результата (6) поступает на выход всей схемы.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства вычисления математического ожидания случайного сигнала на основе вероятностного представления информации состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.

Вероятностное устройство вычисления математического ожидания, характеризующееся тем, что в состав схемы входят генератор тактовых импульсов, счетчик произведения N*K, счетчик математического ожидания, блок переписи результата, конъюнктор на два входа и вероятностный преобразователь, вход которого является входом всей схемы, на который подается случайный сигнал X(t), вероятностный преобразователь выполняет линейное вероятностное преобразование измеряемого случайного сигнала X(t), на второй вход вероятностного преобразователя поступают синхроимпульсы с генератора тактовых импульсов, выход которого также нагружен на вход счетчика произведения N*K, который выполняет подсчет синхроимпульсов с генератора тактовых импульсов, выход которого в прямом коде подается на второй вход двухвходового конъюнктора, на первый вход которого нагружен выход вероятностного преобразователя, выход двухвходового конъюнктора нагружен на вход счетчика математического ожидания, выходы которого нагружены на входы блока переписи результата, на разрешающий инверсный вход которого нагружен выход счетчика произведения N*K, выход блока переписи является выходом всей схемы.

Изобретение относится к области вычислительной техники и телекоммуникационным системам и предназначено для использования в комплексах автоматизированных систем управления телекоммуникационными сетями. Техническим результатом заявленного решения является повышение степени точности определения состояния телекоммуникационной сети в условиях зашумленности.

Способ контроля технического состояния жидкостного ракетного двигателя на переходных режимах стендового испытания // 2758781

Изобретение может быть использовано для анализа функционирования широкого класса технических систем, в частности, в ракетно-космической технике для контроля состояния жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) на переходных режимах огневых стендовых испытаний. Для принятия решений о возникновении неисправности, прекращении испытания и определении неисправного агрегата на переходных режимах стендового испытания статистической оценке на основе критерия Стьюдента подвергаются временные ряды значений градиентов изменения измеряемых параметров, обладающие свойством стационарности, обусловленное тем, что при стендовых испытаниях, проводимых по заданной циклограмме, на переходных режимах управление двигателем обеспечивается изменением угла привода агрегата управления по линейному закону.

Система предоставления парковочного места, серверное устройство и энергонезависимый носитель информации // 2757561

Изобретение относится к области вычислительной техники для предоставления парковочного места. Технический результат заключается в обеспечении возможности предоставления парковочного места на основании расчета оценочного показателя безопасности вождения водителя.

Робастный стохастический фильтр // 2755677

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и может быть использовано для робастной фильтрации стохастических сигналов и параметров состояния стохастических систем в условиях неопределенности вероятностных характеристик помех измерения. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности робастной фильтрации динамических процессов, а также сокращении вычислительных затрат за счет реализации робастного фильтра измеряемого сигнала в дифференциальной форме.

Способ адаптивной фильтрации // 2755499

Изобретение относится к области адаптивных систем и может быть использовано для адаптивной фильтрации стохастических сигналов и параметров состояния стохастических систем. Технический результат - обеспечение устойчивости и повышение точности калмановской фильтрации за счет адаптивного определения компонентов дисперсионной матрицы помех измерения в процессе текущего оценивания стохастических сигналов и параметров состояния стохастических систем на основе точных измерений, поступающих в нерегулярные (или случайные) моменты времени.

Устройство для определения функций распределения потоков сообщений и состояния сети передачи данных, реализующей различные дисциплины обслуживания сообщений в многолинейных и однолинейных центрах // 2755260

Изобретение относится к вычислительной технике и телекоммуникационным сетям и может быть использовано для параметрической оценки законов распределения потоков многопакетных сообщений, циркулирующих в сетях передачи данных (СПД), и оценки состояния сетей в целом. Техническим результатом является повышение точности оценки интенсивности потока сообщений за минимальное необходимое количество шагов наблюдения и обеспечение оценки состояния сети передачи данных в целом.

Способ сенсорного анализа, система контроля, содержащая компьютерный программный продукт для сенсорного анализа, система подсчета пассажиров и транспортное средство для перевозки пассажиров, в частности, в рельсовом и дорожном сообщении // 2754286

Изобретение относится к системам подсчета и определения распределения пассажиров в транспортном средстве. При сенсорном анализе датчиков (ZS1,…ZSi,…ZSn) подсчета в транспортных средствах (FZ1,…FZi,…FZn) для перевозки пассажиров, в частности в рельсовом и дорожном сообщении, предлагается посредством аналитических моделей коррелировать показания датчиков (ZS1,…ZSi,…ZSn) подсчета на транспортных средствах (FZ1,…FZi,…FZn) для относящейся к конкретному перегону перевозки пассажиров, в частности в рельсовом и дорожном сообщении, данные (ZISF, FS) перегона и транспортного средства, текущие данные (FIZ, O) поездки, текущие данные (FZI) транспортного средства, а также взаимосвязанные с названными данными контекстные данные (KI) таким образом, чтобы при базирующемся на них анализе по меньшей мере одного датчика подсчета (ZSi, ZSi+1, ZSi+2,…) и выдаваемом в каждом случае показании датчика находились и отображались воздействия или отклонения на анализируемом датчике подсчета, возникающие при действительной информации (I-FGZIZS, FZ) о числе пассажиров, по этой действительной информации (I-FGZIZS, FZ) о числе пассажиров оценивалась информация о числе пассажиров, которая возникает в каком-либо месте в транспортном средстве без датчика подсчета, и/или по этой действительной информации (I-FGZIZS, FZ) о числе пассажиров делалось заключение о распределении пассажиров в транспортном средстве.

Статистический анализатор временных интервалов (варианты) // 2753822

Изобретение относится к области радиоизмерений. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей анализатора и упрощении процесса поиска моды, необходимой для получения оценки исследуемых временных интервалов.

Медицинская система удаленного мониторинга, анализа и прогнозирования состояния пациента по последовательности электрокардиограмм сердца первого отведения и компьютеризированный способ мониторинга, анализа и прогнозирования состояния пациента // 2752707

Группа изобретений относится к медицине, а именно к системе и компьютеризированному способу удаленного мониторинга, анализа и прогнозирования состояния пациента по последовательности электрокардиограмм (ЭКГ). При этом для каждого пациента из наблюдаемого множества осуществляют накопление в базе данных последовательности его ЭКГ, маркированных идентификаторами пациента.

Устройство для параметрической оценки закона распределения потоков сообщений // 2750287

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении надежности и устойчивости параметрической оценки закона распределения потоков сообщений в условиях возникновения граничной и аварийной интенсивности поступающих сообщений пользователей.

Мониторинг задержки тега и система управления для повышения производительности веб-страницы // 2763000

Изобретение относится к области передачи данных. Технический результат заключается в повышении производительности веб-страниц. Технический результат обеспечивается за счет блокирования загрузки медленно работающего кода стороннего производителя, включаемого в запрашиваемую веб-страницу, использования множества состояний тегов для контролирования приостановки тегов, основываясь на асинхронном процессе, который активно осуществляет мониторинг производительности тегов, времени отклика и задержки. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 12 ил.