Устройство для оценки достоверности результатов измерений

1441441 Составитель Струкодактор А.Лежнина Техред М,Ходаничю Корректор М.Василье Тираж 558 93/5 а комитетаи открытикая наб.,твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна",ПроВ 11 ИИПИ Государственног по делам изобретени13035, Москва, Ж, Рауш одписн СССР иг /1441441,сива данных, блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального числа, блок4 записи и хранения ранжированныхзначений, буферный регистр 5, делитель частоты 6, блоки 7, -74,определения разности, блоки 8, -8умножения,блоки 9, -9 регистров, блок 10 элементов ИЛИ, накапливающий сумматор1, генератор импульсов 12, Устройство производит оценку среднеквадратического отклонения (СКО) и дисперсиивходных измерительных значений массива по следующим алгоритмам оцениваения: йу= ".Е (У -У)(И-), 1Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано для верификации и предварительной обработки измерительной информации.Цель изобретения - повышение точности устройства за счет того, что в устройстве оценки среднеквадратического отклонения и дисперсии определяются по следующим алгоритмам оценивания: Ь 1-уь-15 где У, - -й элемент вариационного1РЯДа ЪЛ,1 У 11, построенного по выборке данныхУкв 1з 1 зИ - объем статистической выбор ки.На фиг, 1-4, 6 приведены структурные схемы устройства и его блоков; на фиг, 5 - диаграмма работы узла определения .максимального значения, 25Устройство содержит блок 1 ввода и хранения массива данных, блок 2 хранения и распределения массива данных, блок 3 определения максимального значения, блок 4 записи и хранения ЗО ранжированных значений массива, буферный регистр 5, делитель 6 частоты, блоки 77. 7,определения раз : 6где У ;- 1-й элемент вариационвого ряда У 1 У дс , с У(, построенного по выборке данных у, К==1 И; И - объем статистическойвыборки. Особенностью устройства является то, что при совместной работе блоков 2 и 4 иэ последующих вычислений исключаются повторяющиеся значения У массива данных, что повышает быстродействие устройства. Устройство позволяет осуществлять корректировку объема выборки, ранжированных значений, что позволяет исключить влияние на оценку СКО аномальных измерений за счет отбрасывания крайнихчленов вариационного ряда, 1 з,п.ф-лы, 6 ил. 2ности, блоки 8888, умножения, регистры 99 9 9 блок10 элементов ИЛИ, накапливающий сумматор 11, генератор 12 импульсов исвязи 13-23,Блок 1 ввода и хранения массиваданных (фиг. 2) содержит элементы И24, регистры 25, элементы ИЛИ 26, элементы ЗАПРЕТ 27, триггеры 28 и ячейки29 памяти. На фиг. 3 приведена функциональная схема последующей частиустройства, включающая блок 2 хранения и распределения массива данных,блок 3 определения максимального значения, блок 4 записи и хранения ранжированных значений массива, буферный регистр 5, регистры 30 и 31, элементы 32 и 33 сравнения, формирователи 34 и 35 импульсов, элементы 36 и37 задержки, элементы 38 и 39 ЗАПРЕТэлементы 40 и 41 задержки, элементыИЛИ 42 и 43, счетчик 44, ячейки 45записи и узлы 46 определения максимального значения. Узел 46 определения максимального значения (фиг. 4) состоит из элементов 47 и 48 задержки, триггеров 49 и50 элементов И 51 и 52, элементов НЕ 53 и 54, элементов ИЛИ 55 и 56, элементов ЗАПРЕТ 57 и 58, элементов ИЛИ 59, 60, 61, элементов И 62, 63, элемента ИЛИ 64, связи 65, 66, 67, 68,144Блок 4 записи и хранения ранжированных значений содержит (фиг. 6)ячейки памяти 69, элементы И 70, регистры 71, элементы ИЛИ 72, элементыЗАПРЕТ 73, триггеры 74, дешифраторы75, элементы ИЛИ 76, регистры 77,элемент ЗАПРЕТ 78 и элемент ИЛИ 79,Устройство работает следующим образом,Значения Уз случайного процессау(1), представленные и-разрядным параллельным двоичным кодом, поступаютпо связям 14 на вход первого блокаввода и хранения массива данных(фиг1 и 2) и заносятся последовательно в регистры 25 до тех пор, пока не будет записан весь массив данных, равный установленному объемуИ=41 статистической выборки. Производится это следующим образом. При поступлении первого числа устанавливается через элемент ИЛИ 26 и открытий элемент ЗАПРЕТ 274 триггер28 в состояние с высоким потенциалом на выходе, вследствие чего открывается элемент И 24, и первоезначение процесса У, заносится в регистр 25Поскольку в, кодовой комбинации,представляющей число, отличное от нуля, содержится. хотя бы один символто при занесении значения случайного процесса У, в регистр 25появится импульс на выходе элементаИЛИ 26 Этим импульсом будет возвращен в исходное состояние с низкимпотенциалом на выходе триггер 28и установлен в состояние с высоким .,потенциалом на выходе следующий триггер 28 . При этом второе поступившее значение У будет занесено вовторой регистр 25, Процессы последующего занесения в регистры 25 з,2525,ц,значений У,УУ 4аналогичны рассмотренным, После того как в блоке 1 ввода и хранениямассива данных будет накоплен необходимый объем статистической выборкиИ, задним фронтом первого поступившего импульса синхронизации по,связи23 занесенные в регистры 25 числабудут переписаны в регистры 30 и 3блока 2 хранения и распределения массива данных (фиг, 3), а регистры 25будут освобождены для записи новойстатистической выборки. При этом запись в буферном регистре 5 (фиг. 1и 3) стерта, поэтому на выходах эле 1441 4ментов 32 и 33 сравнения и на выходах формирователей 34 и 35 импульсовне будут сформированы сигналы совпадения значений, записанных в регистрах 30 и 31 и буферном регистре 5Элементы ЗАПРЕТ 38 и 49 будут открыты и записанные в регистрах 30, 31значения статистической выборки,представленные параллельным ц-разрядным потенциальным двоичньм кодом,где символу "1" соответствует высокийпотенциал, а символу "0" - низкий(фиг. 5, 17, 18), будут поданы насоответствующие входы узлов 46 опре"деления максимального значения блока3, выполненных аналогично друг другу.Узел 46 определения максимальногочисла работает следующим образом,Поступающие на его входы по связям 17 и 18 двоичные числа запоминаются поразрядно при помощи триггеров49 и 50 н подвергаются сравнению.йрнэтом символу "1" соответствует высо кий потенциал на выходе триггера, асимволу "0" - низкий, Такое состояние триггеров сохраняется до приходас выхода делителя 6 частоты на сбрасывающие входы триггеров 49 и 50 ЗО очередного синхронизирующего импульсапо связи 13 управления.Формируемые таким образом импульсные комбинации сравниваемых чисел(фиг. 5, 17, 18) инвертируются элементами НЕ 53 и 54 и поступают насоответствующие элементы И 51 и 52.Реализуется принятое в данном устройстве логическое правило сравнения чисел: из сравниваемых двоичных чисел 40 то максимальное, у которого символ"1" в более старшем разряде, т.е. навыходе элемента И 511 (фиг. 5, 65)появится импульс, если в старшем разряде первого числа символ "1", и в 45 аналогичном старшем разряде второгочисла (фиг. 5, 66) символ "0". Нафиг. 5 кодовые комбинации первых чисел изображены сплошными линиями, акомбинации двоичных сигналов вторых 50 чисел - пунктирными. По аналогии, если в первом старшем разряде первогочисла "0", а в соответствующем разряде второго числа "1, как это имеет место в третьей паре сравниваемыхчисел (фиге 5), то импульс поЯВитсЯна выходе элемента И 52 (фиг. 5,66). Если большее число определяетсяпо результатам сравнения старших разрядов, то возникает необходимость ис50 5 144144ключать результаты сравнения в младших разрядах, С этой целью импульсрезультата сравнения старших разрядов, сформированный на одном из выходов 65 или бб через соответствующие5элементы ИЛИ 55.и 56 запрещает, воздействуя на запрещающий вход элементов ЗАПРЕТ 57 и 58 последующих блоковсравнения, прохождение импульсов реэультатов сравнения в более младшихразрядах на соответствующие выходы 65или 66 . Для повышения надежности запрета импульсов результата сравнениязапись символов сравниваемых значений 15в триггеры 49 и 50 более младших разрядов производится с линейно возрастающей задержкой в элементах 47 и 48задержки, определяемой переходнымипроцессами в элементах И 51 и 52 и 20элементах НЕ 53 и 54, В результатеэтого запрещающий импульс по результатам сравнения в более старшем разрядое будет сформирован несколькораньше, чем аналогичный импульс для 25более младших разрядов, что будет спо-:собствовать повышению надежности работы схемы в целомСформированный импульс результатасравнения (фиг, 5, 65, бб) проходит Зочерез соответствующий элемент ИЛИ60, 61 и открывает один из элементовИ 62, 63 для прохождения числа, призванного по результатам сравнениянаибольшим, через элемент ИЛИ 64 навыход узла 46,Если сравниваемые двоичные числаразличаются только символами в младшем разряде, то управляющий импульсбудет сформирован на выходах элементов ИЛИ 59или 59 Сформированныйимпульс разрешит через элемент ИЛИ61 считывание одного из совпавшихчисел через элемент И 63 и элементИЛИ 64 на выход узла 46,45Таким образом, на выходах 19 узлов46 определения максимального значения первой очереди сравнения будутвыделены иэ общего массива статистической выборки, равной Б=4 К, "2 Х"наибольших значений, которые поступят в последующие узлы 46 определения максимального значения с "2 К"-йпо "ЗК"-ю, В результате последующего сравнения будут выделены из "2 К"значений статистической выборки "К"ее наибольших значений. Сравнениебудет производиться до тех пор, пока не будет выделено одно наибольшее 6число статистической выборки, Вьщеленное число запоминается в буферномрегистре 5 и заносится в первый регистр блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива. Заканчивается первый цикл работы блоков2, 3 и 4,Записанное буферным регистром 5наибольшее число сравнивается созначениями, записанными в регистры30 и 31. Если результат сравнения навыходах элементов 32 и 33 сравненияравен нулю, что имеет место при равенстве сравниваемых значений, то навыходе соответствующего формирователя импульсов 34 и 35 будет сформирован импульс, Сформированный импульс.ный сигнал, воздействуя на запрещающий вход соответствующего элементаЗАПРЕТ 38, 39, исключает участие впоследующем сравнении в узлах 46 самого наибольшего числа, вьщеленногов первом цикле устройства. Этим импульсом, но задержанным соответствующим элементом 36, 37 задержки,выделенное в первом цикле работы устройства число стирается в соответствующем регистре 30, 31, Исключениечисла при последующем сравнении в узлах 46 эквивалентно его замене числом 00000000 и, следовательно, работа устройства в последующих циклахпопарного сравнения чисел не будетиметь отличий от рассмотренной. Одновременно счетчиком 44 будет подсчитано количество щ, совпаденийранжированного значения Х;1, котороепо корректирующим связям 1-п заносится в блок 4 записи и хранения ранжированных значений массива (фиг. 6)и используется в нем для соответствующего изменения в соответствии сколичеством повторений порядковогономера регистра записи следующего ранжированного значения. Порядковый номер регистра записи следующего ранжированного значения увеличивается приэтом на количество повторений предыдущего ранжированного значения,Работа блока 4 записи и храненияранжированных значений массива (фиг.б)отличается от работы блока 1 ввода ихранения массива данных тем, что записываемое по связи 19 в регистре71 ранжированное значение сопровождается занесением в регистр 77 через открытый элемент ЗАПРЕТ 78 соответствующего числа его повторений.7 14414 Соответствие индексов регистров записи ранжированных значений и числа их повторений обеспечивается в данном устройстве за счет того что открыва 95 ется для занесения числа в регистр 77, только. тот элемент ЗАПРЕТ 78 на разрешающем входе которого будет высокий потенциал от соответствующего триггера 74 , А последнее возможно только при занесении в соответствующий регистр 71, очередного ранжированного значения. Записанное в регистр 77; число, воздействуя через элемент ИЛИ 76; на запрещающий вход элемента 5 ЗАПРЕТ 78;, запрещает повторную за время анализируемой статистической выборки запись числа. Дешифратор 75 . обеспечивает коммутацию высокого потенциала триггера 74. на один из его 2 О выходов 1,2,3 порядковый номер которого соответствует числу повторений, записанному в регистре 77, Если записанное ранжированное значение одно единственное в статистической вы борке (число повторений равно 1), тоФ высокий потенциал с выхода триггера 74 будет подан на первый выход дешифратора 75 и откроет очередной элемент И 70;+, для записи следующего ЗО ранжированного значения. Если число повторений ш,=2, то выход триггера 74. будет скоммутирован на второй выход дешифратора 75 , При этом дпя записи очередного райжированного зна чения будет подготовлен регистр 71;,. Аналогично, если ш,=й, то очередное ранжированное значение будет записано в регистр 71; Одновременно с записью очередного ранжированного зна чения будут установлены через элементы И 79 в состояние с низким потенциалом на выходе все предшествующие триггеры 74, что будет способствовать обеспечению защиты записанных 45 данных от стирания до накопления в счетчике 44 числа Б, равного объему статистической выборки, Работа блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива при записи последу О ющих ранжированных значений и данных о их повторении аналогична рассмотренной, После накопления установленного объема статистической выборки на выходе 23 , счетчика 44 будет 55 сформирован импульс, которым будут считаны данные, записанные в регистрах 71 и 77, Блок 4 будет готов для записи новых значений. Таким образом,41 8особенность используемого в устройстве ранжирования такова, что иэ повторяющихся значений р вариационный ряд заносится только первое, Благодаря этому повышается быстродействие устройства, поскольку уже на этапе ранжирования исключаются слагаемые, заведомо равные нулю (У.;У)=0 для повторяющихся значений.Операции сравнения также продолжаются до тех пор, пока в счетчике 44 не будет записано число, равное объему статистической выборки И. При этом счетчик переполняется, обнуляется и на его выходе 23 ь 1 будет сформирован синхронизирующий импульс, которым будет переписаны из блокаввода и хранения массива данных в блок 2,. хранения и распределения массива данных значения следующей статистической выборки. Одновременно этим же импульсом будут считаны из блока 4 записи и хранения ранжированных значений массива ранжироварные значения У 1=1И-ш; ш=ш;,1= где ш; - число повторений -го числа; ш - общее число повторений в выборке. Далее в блоках 7 определения разности будут определены разности У, -У, которые в блоках умножения будут умножены на весовые коэффициенты (Б-)1 хранящиеся,в регистрах 9. Полученные в результате перечисленных операций значения сводятся в единую последовательность блоком 10 элементов 1 Ц 1 И и суммируются в накапливающем сумматоре 11. Результаты суммирования считываются следующим импульсом, сформированным на выходе счетчика 44, и умножается в блоке 8,умножения на коэффициент 1/11(И), хранящийся в регистре 9, Полученный результат: представляет собой оценку среднеквадратического отклонения (СКО) значений случайного процесса.Учет априорной информации о величине Е, где Е - математическое ожидание числа резко отличающихся значений, например, недостоверных измерений в статистической выборке объема Б, округленное до ближайшего целого, может осуществляться корректировкой объема выборки ранжированных значений по правилу М=И-(ш-Е), что позволяет полностью исключить влияние на оценку СКО аномальных измерений .за счет отбрасывания крайних членов вариационного ряда. Последние как раз9 14414являются экстремальными значениямиэлементов статистической выборки.Тем самым оценки СКО и дисперсии,вычисляемые в предлагаемом устройстве,приобретают свойство повьппенной ус 5тойчывости к аномальным данным.Предлагаемое устройство отличаетсяот известных возможностью редактирования выборки данных, основу которого составляет усечение экстремальныхзначений анализируемого случайногопроцесса, а также использованием особенностей алгоритма вычислений дляповыщения быстродействия ранжирования при наличии в статистической выборке повторяющихся значений,20 Формула изобретения 1. Устройство для оценки достоверности результатов измерений, содержащее блоки определения разности, блок элементов ИЛИ, последовательно соединенные накапливающий сумматор и 25 блок умножения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности устройства, в него введены блок ввода и хранения массива данных, блок хранения и распределения массива З 0 данных, блок определения максимального значения, буферный регистр, блок записи и хранения ранжированных значений массива, 4 Кблоков умножения, 4 К регистров, (где 4 К=Б - объем статистической выборки), генератор импульсов и делительчастоты, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, и входов блока ввода и хранения информаций являются информационными входами устройства, выходы "первых и вторых 2 К групп блока ввода и хранения информации соединены с од" ноименными входами соответственнопервых 2 К групп и вторых 2 К Групп блока хранения и распределения масси" " ва данных, выходы первых и вторых 2 К групп которого соединены соответственно с одноименными входами первых и вторых 2 К групп блока определения максимального значения, п выходов группы которого соединены с одноименными информационными и входами группы буферного регистра и п входами блока записи и хранения ранжированных значений массива, первая группа выходов которого соединена с первыми входами первого блока определения разности, последующие 4 Кгрупп 4 Овыходов, кроме последней, соединены с первыми входами одноименных блоков определения разности и вторыми входами предыдущих блоков определения разности, а последняя группа выходов соединена с второй группой входов предыдущего блока определения разности, выходы 4 Кблока разности соединены с первыми входами одноименных блоков умножения, вторые входы которых соединены с выходами одноименных регистров, выходы блоков умножения через блок элементов ИЛИ соединены с первым входом накапливающего сумматора, второй вход блока умножения 4 К соединен с выходом регистра 4 К, выход 4 К-го блока умножения является выходом устройства, (п+1)-й выход блока хранения и распределения массива данных соединен с (и+1)-м входом блока ввода и хранения массива данных, (и+1)-м входом блока записи и хранения ранжированных значений массива и вторым входом накапливающего сумматора, корректирующие выходы группы блока хранения и распределения массива данных соединены с одноименными корректирующими входами блока записи и хранения ранжированных значений массива, объединенные управляющие входы блока хранения и распределения массива данных, блока определения максимального значения и буферного регистра соединены с выходом делителя частоты, выходы группы буферного регистра соединены с запрещающими входами блока хранения и распределения массива данных.2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия устройства, блок хранения и распределения массива данных содержит элемент ИЛИ, счетчик, 2 К ячеек записи, каждая из которых содержит два регистра, два элемента сравнения, два формирователя импульса, два элемента ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ, три элемента задержки в первой ячейке записи и по четыре элемента задержки в каждой последующей ячейке записи, входы первого регистра каждой ячейки записи являются входами соответствующих первых 2 К групп входов блока, а входы второго регистра каждой ячейки записи являются входами соответствующих вторых 2 К групп входов блока, выходы группы каждого регистра соединены с пер 11 144144 выми входами одноименных элементов сравнения и входами одноименных элементов ЗАПРЕТ, выходы которых являются соответственно выходами первых и вторых 2 М групп блока, объединенные соответствующие вторые входы каждого элемента сравнения всех ячеек записи являются запрещающими входами блока, выход каждого элемента сравнения 10 через одноименные формирователи импульса соединен с входом одноименного элемента задержки, запрещающим входом одноименного элемента ЗАПРЕТ, и, кроме первой ячейки записи, выход 15 первого формирователя импульса соединен с входом третьего элемента задерзки, выход третьего формирователя импульса соединен с входом четвертого элемента задержки, выход первого 20 формирователя импульса в первой ячейке записи и выход третьего элемента 12задержки последующих ячеек записи соединены с первым входом элемента ИЛИ каждой ячейки записи, выход четвертого элемента задержки каждой ячейки записи, кроме первой, и выход третьего элемента задержки первой ячейки записи соединены с вторым входом элемента ИПИ каждой ячейки записи, соединенным с одноименным входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом счетчика, (и+1)-й выход и корректирующие выходы которого являются соответственно (и+1)-м выходом и корректирующими выходами блока,выходы первого и второго элементов задержки каждой ячейки записи соедине- ны с исключающим входом одноименного регистра, управляющие входы всех регистров объединены и являются управляющим входом блока.