Анализатор законов распределения

(22)Заявле с присоели но 0.12.79 (2 ением заявки М 3 Ьаударстакнны 6 финта СССР ао данам нзебретенн н аткрытнХ(Б 4) АНДЛИЗАТ ОНОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ста х( ГРУга же тори ОП ИС ИЗОБРЕ(6) Дополнительное к ав Изобретение относится к автоматикеи предназначено для обработки случайных сигналов с заранее неизвестнымизаконами распределения.Известен анализатор функций распределения, содержащий блок измерительных преобразователей, многоканальный блок измерения вероятностей, блокуправления и синхронизации, блок запоминания эталонной функции распредетоления я блок сравнения распределений,Проверка совпадения измеренной функции Г распределения с эталонной функцией Р распределения производитсяпутем сравнения графиков функций Г иГ, определенных двумя множествамипар хк, у и х, у координатчек по осям Х и У, по одному из ктериев согласия (критерий Пирсона хиквадрат, критерий Колмогорова"Смирно- ова) Е 11,Однако общепринятая проверка непрерывных распределений по критериюхи-квадрат приводит к серьезным недоам, связанным с выбором границО, 1, , К) интервалов прировании. Только вследствие сдвиальной точки хо для одной и тойорки получаются различные значеличины критерия даже для однойже длины интервалов. Путь, своот этой неоднозначности, сов-замене интервалов равной длиервалами равной вероятности км ф С Ук Ух+1= С), что эквива"выбору функциональной щкалы понате Х и линейной шкалы по коте У. Общепринятая проверка неных распределений по критериюорова-Смирнова применима к не"мым и негруппированным выборкамраметрическими функциями Г расппиначвыбния веи тойбодныистоитны инт(хк-хлентнокоордиординапрерывКолмогзависис непапределения.Наиболее бсущности к изройство для озакона распрегоканальный б лизким по техническойобретению является уст-.пределения одномерногоделения, содержащее мнолок измерения вероятносСоставитель Э. СечинТехред Б,Харитончик Редакто ктор О, Била икола аказ 7286/6 П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Фили Тираж 731 НИИПИ Государств по делам иэоб 035, Москва, ЖПодписноенного комитета СССРетений и открнтийРаущская наб., д. 4/596081 тей, первыми выходом и входом соединенного с блоком измерительных преобразователей, информационный вход которого является входом устройства, вторым и третьим выходами - с блоком отображения графической информации, четвертым и пятым выходами - с арифметическим блоком, выход которого подключен к третьему входу блока отображения графической информации 2 ,Однако в известном устройстве границы х задают интервалы равной длины, на которых измеряются вероятности,соответствующие границам у интервалов неравной длины. График фуНкции Г распределения отображается на одном индикаторе в прямоугольной системе координат М и ( с линейными шкалами х и у, функциональные законы которых не согласованы с видом всех функций Г распределения, кроме линейной. Вслед ствие такого представления кривых распределения точность анализа графиковФункций Г распределения су щественнозанижена. Известное устройство с небольшим количеством каналов (К1 О)при анализе функций Г распределения,принадлежащих к известным в теориивероятностей идентифицируемым статистическим структурам (например, семей-Зо ства распределений экспоненцильногоили масштабно-сдвигового типа), работает со значительными потерями точности из-за неоптимального. выбора верхних границ х интервалов группирования. Так, например, при оценке параметра сдвига нормального закона, распределения сизвестным параметром масштаба потери точности превышают 54относительно точности оценки максимального правдоподобия по йегруппированной выборке того же объема. Потери точности анализа в условиях, при которых закон распределения заранее не.- известен, еще выше.Целью изобретения является повышение точности анализа.Указанная цель достигается тем, что анализатор законов распределения, содержащий блок отображения, блок нелинейных преобразователей, вход которого является входом анализатора, а выход соединен с информационным входом блока определения вероятностей, содержит блок синхронизации и блок адаптации, группа информационных входов которого подключена соответственно к группе информационных выходов блока определения вероятностей, пер 5 4вая группа информационных выходов блока адаптации подключена к группе инФормационных входов блока определения вероятностей и первой группе информационных входов блока отображения, состоящего из двух дешифраторов, выход каждого из которых через соответствующий одновибратор подключен к соответствующей группе входов набора индикаторов, а входы дешифраторов соединены соответственно с первым и вторым выходами циклического переключателя ка" налов, первая и вторая группы входов которого подключены соответственно к первой и второй группам информационных выходов блока адаптации, а вход управления циклического переклюцателя каналов соединен с первым управляющим "выходом блока синхронизации, управляющие выходы со второго по седьмой которого подключены соответственно к управляющим входам блока адаптации, восьмой управляющий вход блока синхро" низации соединен с управляющим входом блока определения вероятностей.Кроме того, блок адаптации содер", жит многоканальный преобразователь аналог-код, группы регистров памяти, схемы сравнения, ключи и реверсивные счетчики, выходы которых являются первой группой информационных выходов блока, первый разрядный вход реверсивных счетчиков подключен к выходу соответствующего ключа, информационный вход которого соединен с первым информационным выходом соответствующей схемы сравнения, другие информационные выходы которых подключены соответственно к разрядным входам соответствующего реверсивного счетчика, первые информационные входы схем сравнения соединены с выходами первой ;руппы регистров памяти и являются второй группой информационных выходов блока, выходы второй и третьей групп регистров памяти подключены соответственно к другим информационным входам схем сравнения, при этом управляющяе входы многеканального преобразователя аналог-код, ключей, реверсивных счетчиков и второй и третьей групп регистров памяти являются соответственно со второго по седьмой управляющими входами блока, группа информационных входов многоканального преобразователя аналог-код является группой информационных входов блока, управляющий вы" ход многоканального преобразователя аналог-код соединен с управляющимиго в соответствии с номером канала подключены параллельно к кодовым вы- ., ходам регистров 7 памяти. Объединенные в соответствии с номером разряда разрядные входы всех регистров 8 и 9 и реверсивных счетчиков 12 подключены соответственно к соответствующему входу блока 4. Установочные входы регист ров 8 и 9 и реверсивных счетчиков 12в соответствии с номером канала являются соответствующими управляющими входами блока 4. Преобразователь 6 управляющим выходом соединен с объ" единенными управляющими входами схем10 сравнениякодов всех К каналов, первым и вторым управляющими входами с управляющим входом блока 4 и объединенными управляющими входами ключей 11 всех К каналов.Блок 5 синхронизации (фиг. 3) содержит узел 13 задания длительности интервалов измерения, переключатель14, узел 15,ввода кодов и клавиатуру 16, Первый выход клавиатуры 16 че. рез переключатель 14, а второй и тре. тий непосредственно являются первым, вторым и четвертым выходами блока 5. Четвертый - восьмой выходы клавиатуры 16 соединены с первым - пятым входами узла 15 ввода кодов, кодовый выход и первая, вторая и третья группы адресных выходов которого являются соответствующими вь 1 ходами блока 5Девятый двенадцатый выходы клавиатуры 16 соединены с первым - четвертым входами узла 13, первый выход которого явля ется третьим выходом блока 5,.а второй и третий .подключены к второму и третьему входам переключателя 14.Узел 13 задания длительности интервалов измерения (фиг. 3) первым и вторым входами ручной установки соединен соответственно с первыми входами элементов ИЛИ 17 и 18. Выход элемента ИЛИ 17 соединен с входом установки в "1" триггера 19, выход которого является первым и вторым выходами узла 13, третий выход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 18, соединенному с входом установки в "0" триггера 19. Третий вход узла 13 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 17 и входом установки в "1" триггера 20, выход кото" рого соединен с первым входом элемента И 21, второй вход которого подключен к выходу генератора 22 времязадаю" щих импульсов, а выход - к вычитающему входу счетчика 23. Кодовый выход счетчика 23 через дешифратор 24 нуля 5 960 ЙХОдами схем сравнения, а информаци" Онйые выходы - с входами первой группы регистров памяти.На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора законов распределе ния; на фиг, 2 - схема блока адаптации; на фиг. 3 - схема блока синхронизации; на фиг. 4 - схема блока отображения графической информации,Вход анализатора законов распреде-"О ления (фиг, 1) через блок 1 нелинейных преобразователей соединен с первым входом блока 2 определения вероятностей, группа кодовых входов которого в соответствии с номером канала соединена параллельно с первой группой кодовых (информационных) входов блока 3 отображения графической инфор-, мации и первой группой информационных выходов блока 4 адаптации, вторая 20 группа выходов которого подключена к второй группе входов блока 3, Блок 4 адаптации первым и вторым управляющими входами, кодовым входом и первой, второй и третьей группами адресных 25 входов соединен соответственно с управляющими выходами, кодовым выходом и первой, второй и третьей группами адресных выходов блока 5 синхронизации. Группа информационных .входов бло.5 В ка 4 адаптации в соответствии с номе" ром канала соединена с группой выходов блока 2 определения вероятностей, второй вход которого подключен к соответствующему управляющему выходу блока 5, соответствующий управляющий выход которого соединен с управляющим входом блока 3 отображения.В блоке 4 адаптации (фиг, 2) мног гокааяальный преобразователь 6 аналог-код в каждом канале с номером К, где1, 2, , М, соединен аналоговым входом с входом группы информационных входов блока 4 и кодовым выходом с кодовым входом регистра 7 первой группы регистров памяти, В каждом канале кодовые выходы регистров 7, 8 и 9 первой, второй и третьей групп регистров памяти соединены соответственно с первым, вторым и третьим кодовыми входами схемы 10 сравнения кодов, первый выход которой через ключ 11, а второй и третий непосредственно соединены с первым, вторым и третьим входами ре" версивного счетчика 12, Кодовые выхо 55 ды реверсивных счетчиков 12 являются соответствующими выходами первой группы выходов блока 4, кодовые выходы второй группы кодовых выходов которокоторого через регистр 25 памяти соединены с четвертым входом узла 13.Узел 15 ввода кодов (фиг. 3) .первым входом через регистр 26 ввода сонала - с кодовым входом дешифратора28 адреса канала. Выходы дешифрато"ра 28 в соответствии с номером (адресом) канала соединены параллельно свходами первого, второго и третьегогрупповых элементов И 29, выходы ко"торых являются соответственно первой,второй и третьей группой выходов уз"ла 15. Третий, четвертый и пятый входы узла 15 подключены к управляющимвходам соответственно первого, второБлок 3 отображения (графической информации) содержит (фиг, 1) цикличес" кий переключатель 30 каналов, первая и вторая группы кодовых входов и управляющий вход которого являются соответствующими входами блока 3, а первый и второй информационные выходы соединены соответственно с входом дешифратора 31, который фиксирувт адреса координатных шин хР, где р=0,2, ; 2 - 1, и входом дешифратора, фиксирующего адреса координатных шин у , где с 1,=0, 1, 2, , 2-1. Каж 35 дый выход р дешифратора 31 через одновибратор 33 соединен с объединенными входами координатных шин хр, а каждый выход о, дешифратора 32 через одновибратор 34 - с объединенными вхо 40 дами координатных шин У всех М двух- координатных матричных индикаторов 35.Рабочая программа анализа состоит из четырех подпрограмм; ввода, адаптации, измерения и индикации, Блок 5ч 45 в соответствии с программои и целями анализа через клавиатуру 16 (фиг. 3) осуществляет ввод данных, синхронизирует и .управляет работой анализатора. Клавиатура 16 с помощью функциональных и цифровых клавиш, снабженных ин 50 дикаторами"состояния, шифратора и регистра ручного ввода цифровой информации передает сигналы параллельных двоичных кодов с четвертого, пятого и двенадцатого выходов соответственно 55 в регистр 26 ввода и счетчик 27 адреса узла 15 ввода кодов и в регистр 25 памяти узла 1 3 задания длительности 7 960 8115 8соединен с вторым входом элемента ИЛИ интервалов измерения, Сигнал "1" с18, входом установки в "0" триггера шестого выхода клавиатуры 16 открыва 20 и устанавливающим входом счетчи- ет первый групповой элемент И 29, кока 23, установочный и разрядные входы торый пропускает сигнал "1" с выходадешифратора 28 адреса канала, соответствующего коду 1 (где 1=1, 2, , К)номера канала, .записанному в счетчик17 адреса канала, на установочныйединен с кодовым выходом узла 15, вто- вход регистра 8 памяти блока Й адапрым входом через счетчик 27 адреса катации (фиг, 2), и сигналы кода с выхода регистра 26 принимаются регистром 8, Аналогично сигнал "1" с седьмого или восьмого выходов клавиатуры 16разрешает ввод по адресу кодов в ре"15 гистры 9 памяти и реверсивные счетчики 12.При ручной установке длительностиТ интервала измерения сигнал "1" на",чала измерения с девятого выхода кла 0 виатуры 16 через элемент ИЛИ 17 поступает на вход установки "1", а сигго и третьего группового элемента И 29, нал "1" конца измерения с десятоговыхода через элемент ИЛИ 18 - на входустановки "0" триггера 19. При автоматической установке длительности Ткод и длительности переносится с выхода регистра 25 памяти в счетчик 23,работающий на вычитание.Сигнал "1" начала измерения с одиннадцатого выхода клавиатуры 16 устанавливает в "1" триггеры 19 и 20, Сигнал " 1" с выхода триггера 19 поступает через переключатель 1 М на первыйуправляющий выход и непосредственнона третий управляющий выход блока 5управления. Сигнал "1" с выхода триггера 20 открывает элемент И 21, и им"пульсы с выхода генератора 22 времязадающих импульсов поступают на вычи"тающий вход счетчика 23. Дешифратор21 в момент равенства нулю содержимо"го счетчика 23 вырабатывает сигнал"1", который устанавливает в "0" триггеры 19 и 20 и при повторении измерений с одинаковой длительностью переписывает содержимое регистра 25 всчетчик 23В режиме ввода блок 5 фиксирует вреверсивных счетчиках 12 коды х 0 и врегистрах 8 и 9 коды уо и ро. коды х 0и у х соответствуют априорным данным0относительно графика функции Г распределения,.Коды рх задают двусторонний допуск на отклонение в режимеадаптации координаты уц, измереннойв очередном цикле, от у к.В режиме адаптации блок 5 на времявыполнения подпрограммы адаптации устанавливает на втором выходе сигнал815 10 9 960 "1", который одновременно поступает на второй управляющий вход многока" нального преобразователя 6 аналог-код и управляющие входы ключей 11 всех К каналов, разрешая работу реверсивных 5 счетчиков 12 в режиме досчета и циклическую работу преобразователя 6, запуск которого осуществляет сигнал "1" с первого выхода блока.В режиме измерения блок 5 синхро" низации вырабатывает под управлением сигнала "1", поступающего с первого выхода клавиатуры 16 на управляющий вход переключателя 14 и соединяющего третий вход с выходом переключателя, сигнал "0" на первом выходе блока 5, который запрещает запуск преобразователя 6 до момента окончания интервала измерения;,сигнал "0" на втором выходе, который устанавливает в преобразователе 6 режим однократной работы и закрывает все ключи 11; сигнал "1" на третьем выходе, .который в соответствии с требуемой точностью измерения устанавливает в блоке 2 определения 25 вероятностей длительность интервала Т.В режиме индикации сигнал "1" с четвертого выхода блока 5 поступает на управляющий вход блока 3 отображения и разрешает работу циклического ЭО переключателя 30 каналов.Анализатор законов распределения работает следующим образом.После выполнения подпрограммы вводя блок 5 задает режим адаптации. Обу 55 чающая реализация случайного сигнала подается на вход анализатора и через блок 1 нелинейных преобразователей поступает на первый вход блока 2 определения вероятностей. Блок 1 преобра-в зует входной сигнал в соответствии с установленным законом. Выбор закона обеспечивает включение соответствующего преобразователя с заданной Функцией преобразования вход - выход (например линейной, логарифмической, пол номинальной и др.). Закон преобразования соответствует функциональной измерительной шкале переменной х (координата Х) функции Е распределения, значения у которой (координата У) в блоке 3 отображения графической информации фиксируются одновременно на двух- координатных матричных индикаторах 35 с различными Функциональными шкалами55 по координате У. Совместное использование функциональных шкал по координатам Х и У, формируемых блоками 1 и 3, дает воэможность выполнять в режиме индикации многоканальное распознавание по признаку прямолинейности графика функции Г распределения на соответствующем индикаторе 35 блока 3.Блок 2 выполняет многоканальное измерительное преобразование входного сигнала в вероятности, которые опре" делены на интервалах 3 к= хо, хк 1. Верхние границы х для каждого очередного шага адаптации устанавливают кодовые сигналы с выходов реверсивных счетчиков 12, поступающие на соответ" ствующие кодовые входы блока 2, С выходов блока 2 аналоговые сигналы, эквивалентные измеренным вероятностям, поступают на аналоговые входы много" канального преобразователя 6 аналогкод и после преобразования коды ук записываются в регистры 7 памяти.Схемы 10 сравнения кодов в каждом канале сравнивают сигналы кодов с выходов регистров 7 - 9 памяти. Если 1 уо- укро, то соответствующая схема 10 отключает свой индикатор (не показан) и устанавливает на первом выходе сигнал "0", который фиксирует содержимое реверсивного счетчика 12 в этом канале. Если уо-у 1 тр, то импульс цикловой синхронизации с выхода преобразователя 6 проходит через схему 10 и открытый ключ 11 на первый вход счетчика 12 и разрешает считывание импульсов досчета по его второму или третьему входам, Импульс досчета поступает на второй (вычитающий) вход, если знак разности положительный, и на третий (суммирующий) вход, если отрицательный, Содержимое счетчика 12 изменяется на единицу, что приводит к эквивалентному уменьшению или увеличению верхней границы интервала 3на один шаг квантования по кодовой измерительной шкале переменного х. Новое значение хК верхней границы используется для измерения вероятности у в следующем цикле адаптацйи. Время работы в режиме адаптации определяется длительностью Тц цикла преобразования преобразователя 6, величиной кода рк и степенью достоверности априорных данных, отражающих близость графика хк, уок графику функции Г распределейия входного сигнала.После гашения всех индикаторов схем 10 реверсивные счетчики 12 зафиксируют коды хверхних границ ин-. терваловк, найденные в результате адаптации к входному сигналу. Подачей сигнала "0" со второго выхода клавиа845 12Сигналы кодов хс и у" с выходов переключателя 30 могут быть выведены на внешнее вычислительное устройство для совместной с.данными визуального анализа обработки измерительной информации.Предлагаемый анализатор законов распределения существенно уменьшает погрешность анализа сигналов с заранее неизвестными функциями Г распределения, Точность анализа по сравнению с известными повышена за счет соответствующего уменьшения методической, ап" паратурной и статистической составляющих погрешностей анализаПри небольшом числе каналов измерения вероятностей К=8 - 1 б) методическая погрешность анализа уменьшена за счет оптимального выбора верхних границ х 1 интервалов группирования.Аппаратурная и статистическая погрешности анализа уменьшено за счет того, что неравномерное изменение граФика функции Г распределения вдоль координатных осей Х и У компенсируется выбором вида функции преобразования, задаваемой блоком 1 измерительных преобразователей (по координате Х), и выбором функциональной шкалы (по ко" ординате У), задаваемой координатной сеткой соответствующего индикатора 35, входящего в состав блоха 3 отображе-: ния графической информации, что обес" печивает высокую точность классификации и идентификации известных в математической статистике идентифицируемых статистических структур, к которым, в частности, принадлежат следующие модели законов распределения; равномерный,экспоненциальный, арксинуса нормальный, логарифмически нормальный, Вейбулла, Коши, Релея, Накагами,Таким образом, технико"экономический эффект предлагаемого изобретения заключается в повышении достоверности измерительной информации за счет высокой точности. анализа. Формула изобретения торого является входом анализатора, авыход соединен с информационным входом11 960 туры 1 б устанавливается режим измерения. Случайный сигнал с входа анали" затора через блок 1 поступает на первый вход блока 2, на второй вход кото. рого поступает сигнал "1" длительнос ти Т. В момент окончания интервала Т измерения сигнал "1" с выхода элемента ИЛИ 18 блока 5 поступает на первый управляющий вход преобразователя б аналог-код и разрешает выполнить один 1 О цикл преобразования, в конце которого регистры 7 памяти зафиксируют коды ук вероятностей, определенных на интервалах Зн,=(хо, хд), Множество пар карса ки, уи фиксирует график иа мереннои функции Г распределения, и блок 5 задает режим индикации.В режиме индикации коды хи у,с и где 1 циклически пробегает все значения от 1 до К, являются кодами адреса 2 о соответствующих шин по координатам Х и У двухкоординатных матричных инди" каторов 35, В блоке 3 отображения цик-, лический переключатель 30 аналов осуществляет с заданной тактовой частотой,25 поочередное соединение в соответствии с номером К канала выхода реверсивного счетчика 12 с входом дешифратора 31 адреса координатных шин хР и выхода регистра 7 памяти с входом дешиф- зо ратора 32 адреса координатных 1 шин У 1,. Сигналы "1" с выходов дешифраторов 31 и 32 (номер выхода соответствует принятому коду адреса х и у) запускают свои одновибраторы, которые формируютимпульсы возбуждения своих координат" ных шин, Импульсы с выходов одновиб" раторов 33 и 34, выбранных по адресам р и с 15 поступают одновременно на индикаторные ячейки, расположенные на пересечении координатных шин с номерами р и с 15 всех М двухкоординатных матричных индикаторов 35 и устанавливают их в рабочее состояние. Отображение графика 1 хкф уодной функции Г распределения на экранах всех М индикаторов, 35 производится за один цикл работы переключателя 30. На экране соответствующего индикатора 35 график функции Г изображается, в виде прямой линии, если он совпадает с законом распределения, по которому построены функциональные шкалы этого индикатора, что позволяет при М-канальном распоз" навании классифицировать наблюдаемую функцию Г распределения, а затем идентифицировать ее в выбранном классе путем оценки величины параметров, опиывдгщих ФункциЮ Г. 1, Анализатор законов распределе"ния, содержащий блок отображения, блокнелинейных преобразователей, вход коблока определения вероятностей, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он содержит блок13 9608 синхронизации и блок адаптации, груп" па информационных входов которого подключена соответственно к группе инфор-, мационных выходов блока определения вероятностей, первая группа информа ционных выходов блока адаптации подклюЧена к группе информационных входов блока определения вероятностей и первой группе, информационных входов блока отображения, состоящего из двух О дешифраторов, выход каждого из которых через соответствующий одновибратор подключен к соответствующей группе входов набора индикаторов, а входы дешифраторов соединены соответственно 1 с первым и вторым выходами циклического переключагеля каналов, первая и вторая группы входов которого подключены соответственно к первой и второй группам информационных выходов блока 20 адаптации, а вход управления. циклического переключателя каналов соединен с первым управляющим выходом блока синхронизации, управляющие выходы со второго по седьмой которого подключены 25 соответственно к управляющим входам блока адаптации, восьмой управляющий вход блока синхронизации соединен с управляющим входом блока определения вероятностей. ЭО2, Анализатор по и. 1, о т л и ч а ю щ я й с я тем, что блок адаптации содержит многоканальный преобразователь аналог-код, группы регистров памяти, схемы сравнения, ключи и реверсивные счетчики, выходы которых являются первой группой информационб . 11алых выходов блока, первый разрядныйвход реверсивных счетчиков подключенк выходу соответствующего ключа, информационный вход которого соединенс первым информационным выходом соответствующей-схемы сравнения, другиеинформационные выходы которых подключены соответственно к разрядным входам соответствующего реверсивногосчетчика, первые информационные входысхем сравнения соединены с выходамипервой группы регистров памяти и являются второй группой информационныхвыходов блока, выходы второй и тре,ьей групп регистров памяти подключенысоответственно к другим информационным входам- схем сравнения, при этомуправляющие входы многоканального пре"образователя аналог-код, ключей, реверсивных счетчиков и второй и треть"ей групп регистров памяти являются соответственно со второго по седьмойуправляющими входами блока, группа информационных входов многоканальногопреобразователя аналог-код являетсягруппой информационных входов блока,управляющий выход многоканального преобразователя аналог-код соединен суправляющими входами схем сравнения,а информационные выходы - с входамипервой группы регистров памяти.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 596956, кл. 6 06 Г 15/36, 1978.2, Авторское свидетельство СССРй 52 185, кл. 6 06 Г 15/36, 1976.