Устройство для определения дисперсии
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (iii960844 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 11 ° 01 ° 79 (21) 2714457/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 23.09.82. Бюллетень № 35
Дата опубликования описания 25 09
r (51)М. Кл.
G 06 F 15/36
3Ьеударетвениый комитет ссср иа лелем изобретений и открытий (53) УЛК. 681. .333(088.8) (72) Авторы изобретения
С.С. Кукушкин и В.Н. Терентьев
ДАТЕНТЫ%.
ТЕХНИЧЕСКАЯ.
ВМБЛИОТЕКА (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для оперативной обработки быстроменяющихся случайных процессов.
Известно устройство для определе, ния дисперсии случайных процессов, содержащее усилитель, квантователь, блок оценки математического ожидания, регистр, накопитель, сумматор, умножитель и блок запоминания $1 ).
Недостаток этого устройства заключается в сложности технической реализации блока оценки математического ожидания, в сложной процедуре уточнения данной оценки для нестационарных процессов с изменяющимся за время накопления статистической выборки средним значением, в большом числе вычислительных операций. След-. ствием этого является низкое быстродействие при определении дисперсии быстроменяющихся процессов.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения дисперсии, случайных процессов, содержащее блок вычитания, первый вход которого непосредственно, а второй через элемент задержки подключен к выходу блока регулирования входного сигнала, вход которого является входом устройства, выход блока вычитания через квадратор подключен к входу интегратора, блок индикации g 21, Недостаток известного устройства состоит в невозможности точного определения оценки дисперсии при нелинейном изменении среднего значения (тренда) исследуемого случайного процесса.
Целью изобретения является повыго шение точности вычисления оценок дисперсии случайных процессов с нелинейно изменяющимся трендом.
Постеленная цель достигается тем, что в устройство для определения дисSS
3, 96084 персии введены дополнительный блок вычитания, дополнительный блок нормирования и К каналов, каждый из которых содержит блок вычитания, элемент задержки, квадратор, интегратор, блок нормирования, элемент
ЗАПРЕТ и блок сравнения, при этом в каждом из каналов первый вход блока вычитания объединен с.входом элемента задержки и является первым входом канала, выход элемента задержки подключен к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с вхо" дом квадратора и является первым выходом канала, выход квадратора в каж- 1 дом канале через последовательно сое-. диненные интегратор и блок нормирования подключен к первым входам элемента ЗАПРЕТ и блока сравнения и является вторым выходом канала, второй 2в вход блока сравнения является вторым, входом канала, выход блока сравнения в каждом из каналов подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ, выход которого является третьим выходом ка- 2S нала, третьи выходы всех каналов соединены с соответствующими входами блока индикации и дополнительного блока вычитания, (К+1)-". вход которого объединен с вторым входом первого ка- щ нала и подключен к выходу дополнительного блока нормирования, вход которого подключен к выходу интегратора, первый и второй выходы каждого
m-го канала соединены соответственно с первым и вторым входом (m+1)-го канала.
На чертеже показана структурная схема устройства.
Устройство содержит блок 7К+1 регулирования входного сигнала, блоки 1,8,..., 7К-6, 7К+2 вычитания, дополнительный блок 7К+7 вычитания, элементы 2,9...,.7K-5, 7K+3 задержки. квадраторы 3, 10,.... 7К-4, 7К+4, интеграторы 4,11,..., 7K-3, 7K+5, блоки 5 12 .... 7К"2 нормирования, дополнительный блок 7К+6 нормирования, блоки 6,13 .... 7К- 1 сравнения, элементы 7, 14,..., 7К ЗАПРЕТ, блок
7К+8 индикации.
Случайный процесс, поступающий в обработку, представляет собой в об- щем случае случайную функцию времени y(t) вида
У() = f (t) + x(t) (1) где f (t) - медленноменяющаяся составляющая случайного процесса (тренд), 4 ф описываемая на анализируемом временном интервале полиномом m-й степени: и(t) = а„ + а„„ .t +...+а,t+a
x(t) - быстромейяющаяся составляющая случайного процесса.
Теоретической основой достижения поставленной цели является следующая формула вычисления оценок дисперсии и,их связь со степенью полинома, описывающего тренд в соответствующей ветви обработки
ЬЙ)3 и Н-1 k М)б
f<(K) X где К - порядок разности;
N - объем статической выборки;
Равенство оценок дисперсии в m-u (пн- 1)-й и последующих ветвях обработки (к 7 m) свидетельствует о том, что тренд в исследуемом случайном процессе исключен, и вычисленная оценка дисперсии в m-й ветви обработки является оценкой дисперсии быстроменяющейся составляющей случайного процесса. Устанавливая номер ветви обработки, начиная с которого оценки дисперсии совпадают, определяют степень полинома m, описывающего на исследуемом временном интервале тренд, Используя свойство аддитивности оценок дисперсий, определяют в блоке 7К+7 вычитания оценку дисперсии медленноменяющейся составляющей слу" чайного процесса по формуле
В""ь,) 1 зю1 ех ц
Сигнал с выхода блока 7К+1 регулирования входного сигнала поступает на входы блока 7К+2 вычитания, на один из которых-через элемент
7К+3 задержки. С выхода блока 7К+2 вычитания сигнал, равный разности первого порядка b, „1, одновременно (1) поступает на входы блока 1 вычитания, на один из которых-через элемент 2. задержки второй ветви обработки для получения сигнала, равного разности второго Ь 1 порядка, и через последовательно соединенные квадратор
7K+4, где квадратируется величина
Ь®1, интегратор, где усредняется
5 . 960844, 6 блок 7К+6 норми- Таким образом, изобретение позвоенная вепичина ляет повысить точность вычисления ием на величину оценки дисперсии случайного процесса блока 6 сравне- с нелинейно изменяющимся трендом, пов блока 7К+7 вычи- 5 высить быстродействие устройства, ка l вычитания выделять тренд и определять значение поступает на оценки дисперсии тренда при достаточ-. тания, на один из но несложной технической реализации ент 9. задержки предлагаемого устройства, Формула изобретения величина ((Д 1) -, рования, где усредн нормируется умножен
1/2, на первый вход ния и один иэ входо тания. С выхода бло сигнал одновременно входы блока 8 вычи которых-через элем третьей ветви обработки для получе- 10 ния сигнала, равного. разности третьего порядка д < 1, и через последо- . (3) вательно соединенные квадратор 3, где квадратируется величина Ь((>, р) интегратор 4, где усредняется величина (Д< 1) . блок 5 нормирования, где усредненная величина нормируется умножением на величину 1/2, на второй вход блока 6 сравнения, где срав.ниваются вычисленные оценки диспер- 20 сий первой и второй ветви обработки, на первый вход блока 13 сравнения третьей ветви обработки и на основной вход элемента ЗАПРЕТ 7. Если значения оценок вычисленных дисперсий 2$ равны, то с выхода блока 6 сравнения на разрешающий вход элемента ЗАПРЕТ 7 поступает сигнал, который открывает
его, по основному входу, и вычисленное значение оценки дисперсии посту- 3р пает на соответствующие входы блока
7К+7 вычитания и блока 7К+8 индикации.
Если равенство оценок дисперсий отсутствует, оценка дисперсии, вычисленная во второй ветви обработки, сравнивается в блоке 13 сравнения с оценкой дисперсии, вычисленной в третьей ветви обработки и т.д.
Равенство оценок дисперсии в m-й и (m-1)-й и последующих ветвях обработки (k 7 m) свидетельствует о том, .что тренд в исследуемом случайном процессе отсутствует и вычисленная оценка дисперсии в m-й ветви явля" ется оценкой дисперсии быстраменяющейся составляющей процесса (О Ч.Ю 3), значение которой поступает на соответствующие входы блока 7К+7 вычитания, на один из входов которого поступает значение оценки с первой ветви обработки первоначального сиг" нала случайного процесса (Ogg(4) )) и блока 7K+8- индикации. С выхода блока 7К+7 вычитания сигнал, равный зна5$ чению оценки дисперсии тренда (О я я(ц) случайного процесса, поступает на вход регистрации оценки дисперсии тренда блока 7К+8 индикации
Устройство для определения дисперсии, содержащее блок вычитания, первый вход которого непосредственно, а второй через элемент задержки подключен к выходу блока регулирования входного сигнала, вход которого является входом устройства, выход блока вычитания через квадратор подключен к входу интегратора, блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный блок вычитания, дополнительный блок нормирования и К каналов, каждый из которых содержит блок вычитания, элемент задержки, квадратор, интегратор, блок номирования, элемент ЗАПРЕТ и блок сравнения, при этом в каждом канале первый вход блока вычитания .объединен с входом элемента задержки и является первым входом канала, выход элемента задержки подключен к второму входу блока вычитания, выход которого соединен с входом квадратора и является первым выходом канала, выход квадратора в каждом канале через последовательно соединенные интегратор и блок нормирования подключен к первым входам элемента ЗАПРЕТ и блока сравнения и является вторым выходом канала, второй вход блока сравнения является вторым входом канала, . выход блока сравнения в каждом канале подключен к второму входу элемента
ЗАПРЕТ, выход которого является третьим выходом канала, третьи выходы всех каналов соединены с соответствующими входами блока индикации и дополнительного блока вычитания, (К+1)-й вход которого объединен с вторым входом первого канала . и подключен к выходу дополнительного блока нормирования, вход которого подключен к выходу интегратора, первый и второй выходы m-го канала соединены соответственно с
7 960844 первым и вторым входом (@+1)-го канала.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР и 424159, кл. G 06 F 15/36, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР
N 377704, кл. G 06 F 15/36, 1971 (IlPOTOTHfl)е
ВНИИПИ Заказ 7285/60 Тираж 731 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4
