Адаптивное устройство для определения среднего значения

 

О П И С А Н И Е (и>934484

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистические

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 08.10.80 (21) 2991375/18-24 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 07. 06. 82, Бюллетень № 21

Дата опубликования описания 10.06.82 (53)M. Кл.

О 06 г 1S/36 Ъеудерстааивй кемнтет

СССР

II0 делам кэобретеккй и открытий (») УДК681 . 3 25 (088. 8) (72) Автор изобретения

В.А. Прянишников, 1

1 т (71) Заявитель (54) АДАПТИВНОЕ УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения среднего значения стационарных эргодических случайных процессов, Известно адаптивное устройство, содержащее два усреднителя, блоки вычитания, сравнения, формирования модуля, формирования заданной погрешности и коррекции постоянной усреднения, осуществляющее свои функции в условиях недостатка априорной ин формации 1.13.

Одйако устройство имеет существенную,аппаратурную сложность и ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является адаптивное устройство для определения среднего значения случайного процесса, содержащее ключ, первый вход которого соединен с входом устройства, второй вход подключен к выходу регулируемого делителя частоты и к входу счетчика объема выборки, а вы ход соединен с первым входом усреднителя, выход которого подключен к выходу устройства, блок сравнения, генератор импульсов, регулируемый дели5 тель частоты, второй усреднительФ блок вычитания, второй ключ, счетчик и блок формирования заданной погреш" ности f2).

Устройство определяет среднее

l0 значение на основе адаптивной декорреляции выборки, однако имеет существенную аппаратурную,сложность и ограниченные функциональные возможности.

1S

Цель изобретения - упрощение устройства при одновременном расширении функциональных возможностей за счет определения размахов входного сиг- .

20 нала и размахов оценки среднего значения.

Поставленная цель достигается тем, что адаптивное устройство для определения среднего значения, содержа3 93448

4 4, на фиг. 2 - схема блока определения . размаха.

Адаптивное устройство для определения среднего значения содержит ключ 1, усреднитель 2, блоки 3 и 4 определения размаха, блок 5 деления, блок б сравнения, генератор 7 импульсов, регулируемый делитель 8 частоты и счетчик 9 числа выборок. Блоки 3 и 4 определения размаха содержат элементы 10 и 11 сравнения, регистры

12 и 13 и вычитатель 14.

Устройство работает следующим образом.

В начальном положении усреднитель

2, блоки 3 и 4 определения размаха, регулируемый делитель 8 частоты и счетчик 9 установлены в нулевое состояние. С выхода регулируемого делителя 8 частоты последовательность .импульсов (с минимально возможным периодом следования) поступает на ключ 1 и на счетчик 9, одновременно синхронизируя работу усреднителя 2, блоков 3 и 4 определения размаха и блока 5 деления. Дискретные выборки с выхода ключа 1 поступают на усреднитель 2 и блок 3 определения размаха. В усреднителе 2 осуществляется нахождение оценки среднего значения

m, например, с реализацией алгорйтма "скользящего среднего", а в блоке 3 определения размаха определяется величина размаха входного

1О

1$ щее ключ, первый вход которого объединен с входом счетчика числа выборок и подключен к выходу регулируемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генерато. ра импульсов, выход ключа подключен к первому входу усреднителя, выход которого является выходом устройства, второй вход ключа является входом устройства, блок сравнения, содержит блок деления и два блока определения размаха, при этом выход ключа . подключен к первому входу первого блока определения размаха, выход которого соединен с первым входом бло» ка деления, второй вход последнего объединен с вторым входом первого блока определения размаха, "с вторым входом усреднителя и подключен к вы- с, -ходу регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом, блока сравнения, выход блока деления подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока определения размаха, второй вход последнего подключен к выходу усредните» ля, третий вход второго блока определения размаха соединен с первым выхо дом счетчика числа выборок, второй выход которого подключен к третьему входу блока сравнения. Кроме того, блок определения размаха содержит два элемента сравнения, два регистра, вычитатель, при этом выход первого элемента сравнения подключен к первому входу первого регистра, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения

411

? и с первым входом вычитателя, второй . вход вычитателя объединен с первым входом второго элемента сравнения и подключен к выходу второго регистра, первый вход которого соединен с выхо-. дом второго элемента сравнения, вторые входы первого и второго регист" ров объединены и являются первым входом блока, вторые входы первого и второго элементов сравнения, третьи входы первого и второго регистров объединены и является вторым входом блока, третьи входы элементов сравнения объединены с четвертыми входами регистров и являются третьим входом блока, выход вычитателя является выходом блока.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; сигнала Rx как разность между наибольшим и наименьшим выборочными значениями. По прохождении выборки объемом М, который определяется заданной величиной постоянной усреднителя 2, в блоке 4 определения размаха начинает формироваться размах оценки среднего значения R также на объеме в N выборок.

Блоки 3 и 4 определения размахЪ работают следующим образом.

Для определенности на элементе 10 сравнения и регистре 12 определяется наибольшее значение входного сигнала, а на элементе 11 сравнения и регистре 13 - наименьшее значение. На weменте 14 вычитания из наибольшего значения вычитается наименьшее, в результате чего формируется значение размаха. На блоке 6 сравнения после обработки 2N выборок сравниваются величины Rm и Кх/К, причем при Rm>Rx K блок 6 сравнения, тактируемый импульсами с первого выхода счетчика 9. формирует импульс, увеличивающий

934484 коэффициент деления регулируемого делителя 8 частоты, в противном случае этого не происходит. Счетчик 9 через каждые и выборок попеременно устанавливает в нулевое состояние 5 блок 4 определения размаха или тактирует блок 6 сравнения.

Устройство работает циклически и после нескольких циклов шаг дискретизации входного сигнала устанавли- >о вается примерно равным величине его интервала корреляции. Поэтому задав постоянную усреднителя 2 в предположении, что выборка некоррелирована, и регулируя шаг, получаем оценку !5 среднего значения с заданной погрешностью. Этот процесс осуществляется при отсутствии априорной информации о частотных или корреляционных свойствах исследуемого процесса, аналогично тому, как это осуществляется в устройстве-прототипе. Однако в отличие от последнего механизм декорреляции выборки в предлагаемом устройстве значительно проще реализуется 25 и технически и алгоритмически.

Рассмотрим этот механизм более подробно. Исходя из требуемой погрешности оценки среднего значения, назначаем объем усредняемой выборки в щ предположении, что она некоррелирована. Учитывая, что при некоррелированной выборке для среднеарифметической оценки справедливо выражение

Q=D /N, Для симметричных одномодель- 35 ных распределений имеем R =К„/lV.

Задавая К = N и сравнивая Р и

R>/К, можно осуществлять регулировку шага выборки. При Вщ> Кх/К выборка сильно коррелирована и шаг дискретизации следует увеличить, в противном случае шаг дискретизации сохраняется постоянным. В каждом цикле, состоящем из 2N выборок, на первом объеме выборки N усреднитель 2 формирует первое значение оценки среднего значения, а затем с каждой новой выборкой,на втором объеме выборки N, формируется М значений оценки среднего значения и одновременно в блоке т« определения размаха опреде. ляется размах оценки R При R >

> Рх/К блок 6 сравнения увеличивает коэффициент деления регулируемого делителя 8 частоты, и на этом оканчи55 вается текущий цикл работы устройства. С выходов счетчика 9 (прямой и инверсный выходы триггера последнего разряда) поступают импульсы, по однополярным Фронтам которых попеременно во времени осуществляются разрешение операции сравнения и установка в нулевое состояние блока 4 определения размаха. После прохождения нескольких циклов устройство автоматически осуществляет декорреляцию выборки, т.е. согласует свои параметры с характеристиками исследуемого процесса и одновременно Формирует грубую оценку интервала корреляции.

Таким образом, адаптивное устройство, автоматически осуществляя декорреляцию выборки, определяет среднее значение с заданной погрешностью в условиях малой априорной информации.

Механизм декорреляции выборки технически и алгоритмически значительно проще, чем в устройстве-прототипе (взамен блока вычитания, второго усреднителя, ключа, делителя частоты и блока Формирования заданной погреш-. ности введены два блока определения размаха и блок деления). Кроме того, устройство в отличие от прототипа определяет размах входного сигнала и размах оценки среднего значения и формирует текущую оценку среднего значения, что расширяет функциональные возможности. Перечисленные качества обуславливают расширение об-. ласти применения подобных адаптивных устройств.

Формула изобретения

1. Адаптивное устройство для определения среднего значения, содержащее ключ, первый вход которого объединен с входом счетчика числа выборок и подключен к выходу регулируемого делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход ключа подключен к первому входу усреднителя, выход которого является выходом устройства, второй вход ключа является входом устройства, блок сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства и расширения его функциональных возможностей путем определения размахов входного сигнала и размахов оценки среднего значения, оно содержит блок деления и два блока определения размаха, при этом выход ключа подключен к первому входу первого блока определения размаха, выход которого

7 9344 соединен с первым входом блока деления, второй вход последнего объединен с вторым входом-первого блока определения размаха, с первым входом второго блока определения размаха, со вторым входом усреднителя и подключен к выходу регулируемого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, выход блока деления подключен к первому входу 10 блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока определения размаха, второй вход последнего подключен к выходу усреднителя, третий вход второго блока >s определения размаха соединен с первым выходом счетчика числа выборок, второй выход которого подключен к третьему входу блока сравнения.

2. Устройство по и. 1, о т л и - 20 ч а ю щ е е с я тем, что блок определения размаха содержит два элемента сравнения, два регистра, вычитатель, при этом выход первого элемента сравнения подключен к первому вхо-д ду.первого регистра, выход которого

84 8 соединен с первым входом элемента сравнения и с первым входом вычитателя, второй вход вычитателя объединен с первым входом второго элемента сравнения и подключен к выходу второго регистра, первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, вторые входы первого и второго регистров объединены и являются первым входом блока, вторые входы первого и второго элементов сравнения, третьи входы первого и второго регистров объединены и является вторым входом блока, третьи входы элементов сравнения объединены с четвертыми входами регистров и являются третьим входом блока, выход вычитателя является выходом блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 696480, кл. G 06 F 15/36, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2805040/18-24, кл. G 06 F 15/36, 1979 (прототип).

934484

4ЫЕ

Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I13035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3937/45

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

Составитель Л. Григорьян-Чтенц

Редактор H. Чубелко Техред И. Гайду Корректор Ю. Иакаренко