Устройство для определения характеристик случайного процесса

(51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР У 1043665, кл, С 06 Р 15/36, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХА.РАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к.специ" ализированным средствам вычислительной техники для определения статистических характеристик случайных процессов, в частности определения квантилей, и является дополнитель" ным к авт,св,У 1043665. Целью изоб-, ретения является повышение точности,Устройство содержит регистр буферной памяти, генератор импульсов, переключатели, регистр, коммутаторы,счетчики, блоки вычитания, масштабные усилители, сумматоры, элемент .задержки, группы элементов И, интегрирующие цепочки, элементы регистрации, группы выходов, блок анализаошибок, имеющий конкретное для данного устройства конструктивное выполнение. Сущность изобретения заключается в выявлении аномальных результатов измерений и исключении ихиз выборки, используемой для опреде"ления квантилей, Устройство можетбыть использовано в системах для статистической обработки при любых видах научных исследований. 3 ил.37456 Составитель Э, СечинаРедактор Н, Горват Техред Б.Кадар Корректор М, Деич каз 242 Тираж 672 ка тета СССытий .сая наб 3035 роизводствецно-полиграфическое предприятие, г, У л, Проектн ИИ Г по дела ударственноизобретени сква, Жи от Ра уи ПодписноР3 ,1 З 174где С - критерий с заданными уров 66нем значимости м и доверительной вероятностью 3(РТ;6 С,Д=; юС = 1-).Когда (7) и (8) не выполняются,то в соответствии с (2) искомые значения квантилей поступают по своейгруппе выходов для использования,Если выполняются(7) или(8) или одновременно (7) и (8), то соответственно члены выборки хили х, или 10одновременно хй х,1 не используются, так как считаются аномальными наблюдениями.В этих ситуациях значения искомыхквантилей находятся в соответствии с 15(2) с учетом уменьшения объема выборки на 1 в случаях выполнения (7) или(8) и на 2 в случае одновременноговыполнения (7) и (8) и выводятся длякаждого случая отдельно по своим 20группам выводов,Алгоритм реализован в устройствеследующим образом,На вход регистра 1 буферной памяти поступает последовательность неза висимых отсчетов, Регистр 1 буфернойпамяти после заполнения выдает сигнал в генератор 2 импульсов, По этому сигналу генератор 2 импульсов выдает на тактовый вход регистра 4 пач"ку из Х импульсов, Под воздействиемтактовых импульсов значения последо-,вательности из регистра 1 буферной .памяти последовательно поступают через информационный вход в регистр. 4 35объемом И разрядов, Таким образом,в основном регистре 4 образуется неупорядоченная выборка из значений(х хх х).40Частота следования тактовых импульсов выбирается таким образом,чтобы согласовать скорость поступления исходной последовательности навход регистра 1 буферной памяти со ско- ростью записи выборки в регистр 4 и ско-ростью ее обработки. Значения выборкиодновременно с записью в регистре 4через информационные выходы каждогоразряда регистра 4 устанавливаютсяна соответствующих им входах первого коммутатора 5переключателей 3и соответствующих им входах каждогоиз элементов 1 О И группы,Генератор 2 импульсов, закончиввыдачу пачки из- И тактовых импульсовначинает выдавать непрерывную последовательность синхроимпульсов, пос-,тупающих на синхровходы коммутато х( й х( 6ехйеах(Факт выполнения неравенства х; ъ х; при попарном просмотре выборки является инверсией, а ФунКция суммы инверсий определяется выраже-(9) й ь - 2 Ч(х х, )ф где 1, х;х;+,Ч(х,хф О х схф Значение С вычисляется при каждомцикле попарного сравнения и перестановок членов выборки, Признакомокончания ранжировки .выборки является значение1, сосчитанное зацикл просмотра,В устройстве ранжирование произ-.водится следующим образом,В каждом цикле просмотра коммутатор 5 в такт синхроимпульсам производит последовательное подсоединение информационных выходов каждойсоседней пары разрядов регистра 4к двум входам схемы 8 сравненияВрезультате сравнения каждой пары соседних членов выборки схема 8 сравнения выдает значение инверсииЧ(х х;) в виде."О" или "1", Этизначения поступают в счетчик 7 числа инверсий, который в соответствиис выражением (9) определяет суммуинверсийза каждый цикл просмотра.Одновременно каждое значение инверсии поступает на вход коммутатора 9.Работая синхронно с коммутатором5, коммутатор 9 последовательно сое 56 4ров 5, 9 и на вход счетчика 6 импульсов,В такт с синхроимпульсами начинается процедура упорядочения (ранжи"рования 1 выборки:,Процедура ранжирования основанана алгоритме попарной перестановки.При первом просмотре каждое значениевыборких; сравнивается с соседнимзначением.х;, Пара значений выборки, для которых справедливо неравенство хх, меняется местами.1+Попарное сравнение и перестановкачленов выборки продолжается до техпор, пока не закончи 1 ся процесс ранжирования выборки, т.е.25 30 5 13 диняет выход схемы 8 сравнения с входом того переключателя 3, который своими другими двумя входами 9 а так же двумя выходами соединен соответственно с информационными выходами и информационными входами каждого из пары разрядов регистра 4, содержимое которых анализировалось схемой 8 сравнения. Одновременно коммутатор 9, чтобы не усложнялась конструкция переключателей Зпреобразует поступившее на его вход значение Ч(х ,х . )= = О в значение на своем выходе - "1", оставляя неизменным значение Ч(х;,х) = 1.Переключатель 3 соединяет подключенные к йему информационные выходы сравниваемой пары соседних разрядов с своими выходами таким образом, чтобы при Ч(х;,х) = О на входе коммутатора 9 содержимое сравниваемых разрядов регистра осталось неизменным, а при Ч(х,х,) = 1 поменялось местами путем . переписывания из одного разряда в другой, Затем переключатель 3 возвращается в нейтральное положение. Конец каждого цикла просмотра определяется с помощью счетчика 6 импульсов и счетчика 15 циклов, Б первом цикле просмотра счетчик 6 им-, пульсов отсчитывает 1-1 импульс из последовательности синхроимпульсов поступающих на его вход из генератора 2 импульсов (И-объем выборки), Этим определяется граница первого цикла, В результате осуществляется однократное попарное сравнение и перестановка в соответствии с принятым алгоритмом всех членов выборки, содержащихся в регистре 4Если при этом цикл счетчика 7 числа инверсий получитГ 1, то осуществляется переход к второму циклу просмотра, При ь 1 потенциал, подаваемый на управляющие входы геператора 2.импульсон и группы элементов И 10 с выхода счетчика 7 числа ипверсий, не меняется, Поэтому генератор 2 импульсов продолжает выдавать последовательность синхроимпульсов для управления коммутаторами 5 и 9, агруппа элементов И 1 О продолжает оставаться запертой, Счетчик 6 импульсов, закончпв счет до И, своим выходным сигналом сбрасывает в исходное состояние счетчик 7 числа инверсий и возвращает в исходное сос 17456 6 тояние коммутаторы 5 и 9, очередной цикл просмотра начинается с одних и тех же разрядов регистра 4. Одновременно счетчик 6 импульсов записывает "1" в счетчик 15 циклов.Сумма с счетчика 15 циклов (в данном случае "1") поступает на второй вход счетчика б импульсов, где она читается из записанного там установочного числа, до которого должен считать счетчик 6 импульсов. Врезультате количество попарных сравнений членов выборки во втором цикле просмотра уменьшается на "1", до 11-2, и самый большой член выборки в ранжированном ряду уже занявший в первом цикле просмотра крайнее место, в попарном сравнении во втором и последующих циклах просмотра участие не принимает, так как коммутаторы 5 и 9 производят до своего воз" . вращения на исходные позиции меньшее количество переключенийЦиклы просмотра с уменьшением числа попарных сравнений на 1 в каждом очередном цикле продолжаются довыполнения условия1, ПриГс 1 счетчик 7 числа инверсий прекращает по-дачу синхроимпульсов генератором 2импульсов., сбрасывает в исходное со-стояние счетчик 15 циклов и отпираетэлементы И 10, Этот момент соответствует Формированию на входах эле-.ментов И 10 ранжированной выборки(хсвв ха 1хди)Одновременно с ранжировайием выборки значения выборки из информа- ционного выхода регистра 1 буферной памяти поступают в блок 21 анализа ошибок (Фиг,2) на вход усредняюшего Фильтра 32 и на информационный вход регистра 27. Фильтр 3 работает в режиме усреднения и обеспечивает вычисление матожидания; х в соответствии с (3), Регистр 27 благодаря поступлению на его тактовый вход через переключатель 26 пачки из И импульсов с тактового выхода генератора 2 импульсов производит последовательную запись поступивших в него значеиНИИ ХХ 1 фхтрПачка из М тактовых импульсов поступает также на информационный вход счетчика 36 импульсов, Сосчитав Б импульсов, что означает, что на выходе второго Фильтра 32 появилось рассчитанное значение х, а в регистре 27 записань 1 все значения выборки,40 45 50 557 131счетчик 36 импульсов выдает импульс,который поступает на управляющийвход ключа 26, на вход запуска генератора 31 импульсов, на вход первогоэлемента И 33, на вход первого элемента 34 задержки и на вход сбросасчетчика 36,По этому сигналу генератор 31 выдает пачку из Я импульсов, которыечерез переключившийся ключ 26 поступают на тактовый вход регистра 27,считывая из него записанные значениявыборки. Эти значения последовательно поступают на один из входов вычитателя 28, на другой вход которогочерез открывшийся первый элемент И33 с выхода фильтра 32 подается значение х, Одновременно хпоступает наодин из входов второго вычитателя38 и третьего вычитателя 42В вычитателе 28 выполняется опеРрация х -х, результат которой, пройдя квадратор 29 и будучи там возве-.денным в квадрат, поступает на входусредняющего (нерекурсивного) Фильтра 30, который вычисляетй Б = -(х;-х) 1 Импульс с выхода счетчика 36, задержанный элементом 34 задержки навремя, необходимое для формированияна выходе Фильтра 30 Я , открываетвторой элемент И 35 и значение Бчерез элемент И 35 поступает в блок40,извлечения корня, где определяется Я в соответствии с (4), Это значение поступает на один из входов.делителя 39 и делителя 43,Выходной сигнал счетчика 7 числаинверсий, свидетельствует об окончании ранжировки, открывает третийэлемент И 37 и четвертый элемент И41, Значения х 1 из Б-го разряда их,1 из 1-го разряда регистра 2 соот: ветственно через открытые третий элемент И 37 и четвертый элемент И 41поступают на вторые входы вычитателей 38 и 42, 7456 8 35 40 45 50 чений выборки. 5 10 15 20 25 лителя 43, где в соответствии с (6) определяется Т, Значение Т, поступает на один из входов второго элемента 45 сравнения.Через вторые входы в элементы 44 и 45 сравнения заранее вводится постоянная величина С . В этих эле-. ментах проверяется выполнение условий соответственно (8) и (7), В случае одновременного выполнения условий (8) и (7), что означает аномальность как х , , так и х, на выходах обеих схем появляются разре" шающие сигналы, которые поступают на соответствующие им входы элемента ИЛИ И 46, пятого элемента И 48, второго элемента 49 задержки и третьего элемента 50 задержки.Разрешающий сигнал с выхода элемента ИЛИ 46 превращается элементом НЕ 51 в закрывающий и запирает Обычно открытый восьмой элемент И 54. Разрешающий сигнал с выхода пятого . элемента И 48 превращается элементом НЕ 47 в закрывающий и запирает седьмой элемент И 53 и,восьмой элемент И 54, Запирание элемента И 53и элемента И 54 благодаря наличию элемента 49 задержки и элемента 50 задержки проходит раньше, чем разрешающие сигналы с выходов последних пройдут обычно открытие соответственно шестой элемент И 52 и восьмой элемент И 54 и появятся на их выхо" дах. Таким образом в случае одновремен" ной аномальности х , , х 11 только на выходе пятого элемента И 48 блока 21 анализа появится разрешающий сигнал, который поступит во второй элемент 18 регистрации и в распределитель 22 (фиг3) на первые входы второй группы элементов И 56, выходы 24 которых являются второй группой выходов устройства. Элемент регистрации может быть выполнен в виде, например, светового табло с указаниемномера группывыходов устройствачерез которые выдается информа" ция и об аномальности тех или иных зна55 и 1Разность х -х из второго вычитателя 38 поступает на второй вход делителя 39, где определяется Т в соответствии с (5), Значение Т поступает на один из входов второго эле-. мента 45 сравнения,Разность х-х из вычитателя 42О)поступаетна второй вход второго деВ случае аномальности х, разре(1)шающий сигнал появляется только навыходе второго элемента 45 сравненияи, пройдя элемент ИЛИ 46 и элемент НЕ 51, тоже запирает восьмой элементИ 54. Одновременно в связи с тем,что пятый элемент. И 48 заперт по второму входу, разрешающий сигнал про 1317459ходит второй элемент 49 задержкиседьмой элемент И 53 и появляется навыходе последнего, Далее он поступает в первый элемент 17 регистрациии в распределитель 22 на первые входы первой группы элементов И 55, выходы 23 которыхявляются первой группой выходов устройства,В случае аномальности ханалогично случаю с х, остается закрытым 10шестой элемент И 52, а разрешающийсигнал с выхода второго элемента 45сравнения, пройдя третий элеменч 50 задержки и восьмой элемент И 54, появляется на выходе последнего. Далее 15он поступает в третий элемент 19регистрации и в распределитель 22 наПервые входы третьей группы элементов И 57, выходы 25 которых являют-.ся третьей группой выходов устройст" 20ва,В случае отсутствия аномальныхнаблюдений сигналы на выходах элементов 44 и 45 сравнения отсутствуютшестой элемент И 52 остается открытым и сигнал от счетчика 7 числа инверсий, свидетельствующий о концеранжировки, задержанный элементом16 задержки на время необходимоедля выявления аномальных наблюдений,поступает на выход шестого элементаИ 52, а оттуда в четвертый элемент20 регистрации и в распределитель22 на первые входи четвертой группыэлементов И 58, вьхоци 14 являются 35четвертой группой выходов устройства,Из группы открытых элементов И 10значения членов рачжированной выборки поступают в распределитель 22,где, будучи разбитыми на четыре группы в соответствии с рассмотреннымиситуациями (фиг,З, 4 а, б, в, г, д),направляются на вторые входы соответствующих групп элементов И, Всоответствии с алгоритмом определения квантилей в каждой группе частьзначений поступает на вторые входысоответствующих им элементов И своей группы непосредственно с выходовгруппы элементов И 10, а часть - через цепочки интерполяции Интерполяция, уточняющая искомое значение квантиля, производится в соответствии с (2) следующим образомИнформация из элементов И 10 с заранее известными номерами (1)1 ь(1) + 1 поступает соответственно на первый и второй входи соответст 6 10вующего им блока 11 вычитания, Кроме того, информация с выхода элемента И 1 0 с номером (1.); одновремен"но поступает на один из входов сумматора 13, входящего в эту же цепочку интерполяции, В блоке 11 вычитания определяется разность х ,-х 1,г, поступающая в масштабный.ГИ,усилитель 12, входящий в данную цепочку интерполяции.В масштабном усилителе 12 поступившая разность умножается на заранее известную долю интерполяции Ь .Произведение из масштабного усилителя 12 поступает на второй вход сумматора 13, гце окончательно в соответствии с (2) получается значениеискомого квантиля, уточненного интерполяцией,Таким образом на вторых входах каждой из четырех групп элементов И образуется полный набор искомых квантилей, соответствующих данной группе, т,е ситуациям, когда отброшены х , ходновременно х,1Ии х 1 йли аномальные наблюдения от. - сутствуют, Однако в одну из групп выходов устройства попадает лишь тот набор квантилей, для которого на первые входи одной из групп элементов И из блока 21 анализа пришел разрешающий сигнал в соответствии с конкретной ситуацией, существующей для данной выборки. Одновременно элемент регистрации указывает на на-. личие информации в конкретной группе выводов, После съема информации процесс повторяется для новых значений выборки,Формула и э обретенияУстройство для определения характеристик случайного процесса по авт, св, Р 1043665, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент задержки, дополнительные три группы из п интегрирующих цепочек и дополнительные четыре группы элементов И, выходы элементов И которых являются выходами соответствующих квантилей распределения случайного процесса, первые входы элементов И каждой исполнительной группы соединены соответственно с выходами интегрирующих цепочек своей группы, блок анализа ошибок, состоящий из ключа, генера 11: 131 тора импульсов, восьми. элементов И, элсмента ИЛИ, регистра, трех элементов задержки, двух элементов НЕ, счетчика импульсов, трех вычитате" лей двух усредняющих фильтров, квадратора, узла извлечения квадратного корня, двух делителей кода и двух элементов сравнения, выход счетчика импульсов блока анализа ошибок под" ключен к первому входу первого элемента И, входу первого элемента задержки блока анализа ошибок, к входу запуска генератора импульсов блока анализа ошибок и к управляющему входу ключа, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов блока анализа ошибок, а выход ключа блока анализа ошибок подключен к тактовому входу регист". ра, выход которого соединен с первым входом первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход первого вычитателя через последовательно соединенные квадратор и первый усред-. няющий фильтр подключен кпервому входу. второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, вход сброса и выход старшего разряда счетчикаимпульсов блока анализа ошибок соединены, вход второго усредняющего фильтра и информационный вход регистра блока анализа ошибок подключенык выходу регистра буферной памяти, а информационный вход счетчика импульсов блока анализа ошибок и первый информационный вход ключа блока анализа ошибок подключены к первому . выходу генератора импульсов устройства, выход второго усредняющего фильтра подключен к второму входу первого элемента И, к первым входам соответственно второго и третьего вычитателей, вторые входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, а выходы второго и третьего вычита 7456 12 25 30 35 4045 ветственно седьмого и восьмого эле-.ментов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходамивторого и третьего элементов задержки, при этом второй вход третьегоэлемента И соединен с выходом старшего разряда регистра устройства, авторой вход четвертого элемента Исоединен с выходом первого разрядарегистра устройства, выходы седьМого,пятого, восьмого и шестого элементовИ блока анализа ошибок соединены соответственно с первыми входами.,элементов И соответственно. первой, второй, третьей и четвертой групп, авходы и интегрирующих цепочек каждой дополнительной группы соединенысоответственно с выходами элементовИ группы устройства,5101520 телей соединены с первыми входамисоответственно первого и второго делителей кодов, вторые входы которыхподключены к выходу узла извлеченияквадратного корня, а выходы делителей кодов подключены к первым входамсоответственно первого и второго элементов сравнения, вторые входы которых являются входом задания констан"ты устройства, выход первого элемента сравнения блока анализа ошибокподключен к входу второго элементазадержки, первым входам пятого элемента И и элемента ИЛИ, выход второго элемента сравнения соединен свходом третьего элемента задержки и:с вторыми входами пятого элемента Ии элемента ИЛИ, выход которого черезпервый элемент НЕ соединен с первымвходом шестого элемента И, второйвход которого соединен с выходомэлемента задержки устройства, а входэлемента задержки устройства обьединеи с первыми входами третьего и четвертого элементов И блока анализа и подключен к выходу счетчика числаинверсий, выход пятого элемента Иблока анализа через второй элементНЕ подключен к первым входам соот 456