Следящее усредняющее устройство

488213 Вмэ йввтсиии Сфциаииствчесиих Реслублик(51) Ч. Кл. 6 заявки Ъ с присоедгнени Государственный комитет Совета Министров СССР(088.8) Опубликовано 15.10.75. Боллете по делам изобретений крыти Дата оликованпя описания 2. А. Кирьянчиков и В. К. Шми ский ордена Ленина электротехнический институ им, В. И. Ульянова (Ленина)(71) Заявитель нин СРЕДНЯ 1 ОЩЕЕ УСТРОЙСТВ 54) СЛЕДЯЩ Изобретение относится к области специализированных вычислительных устройств для определения статистических характеристик случайных процессов (СП) и предназначено для определения оценок медианы и математического ожидания случайных процессов,Известны усредняющие устройства, содержащие цифро-аналоговый преобразователь, соединенный выходом с компаратором, другой вход которого подключен к входной клемме устройства, генератор тактовых импульсов, соединенный с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к блоку управления, реверсивпый счетчик, выходы которого соединены с цифро-аналоговым преобразователем, а входы соответственно подключены к выходам второго и третьего элементов И, первые входы которых соедшены с выходом первого элемента И, д вторые подключены соответственно к выходам компаратора.Целью изобретения является упрощение усредняющего устройства, предназначенного для определения оценок медианы и математического ожидания (МО) как стационарных, так и некоторых типов нестационарпых СП.Отличия устройства заключаются в том, что в нем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с блоком управления, подключенным к управляющим входам сложеппя и вычитания старших разрядов реверсивного счетчика.Особенностью устройства является использование части реверсивного сетчпка, обеспечивающего автоматический подбор кода, соответствующего оценке медианы исследуемого случайного процесса.На фиг. 1 показана стртурная схема устройства; на фпг. 2 - вид вспомогательного 10 сигнала 1, используемого для получешяоценки МО несимметричных относительно МО СП.Устройство содержит компаратор 1, цпфроандлоговый преобразователь 2, реверсивный 15 счетчик 3, генератор 4 тактовых импульсов,элементы И 5, 6,7, блок управления 8, часть младших разрядов реверсивного счетчика 9.Рассзотр.з работу устройства для слуая,когда реализация исследуемого случайного 20 процесса (СП) представлена в виде напряжения.В исходном состоянии основной счетчик 3 иего младшие разряды 9 установлены в нулевое положешю, вьходпое напряжение преобразователя 2, поступающее нд один пз входов компараторд 1 и соответствующее подоираемой оценке медпдны, равно О.Реализация исследуемого СП подастся нддругой вход компаратора 1 и по сигналу блока управления 8 открывается элемент 5 и начицается поступление тактовых импульсов на входы младших разрядов 9. Эти импульсы либо увеличивают, либо умецынают на единицу младшего разояда к;д, х",;:11 ч.,;ый 11 а счетчис, В зависимости О результата срав.е:.1 я значения реализации х(1) и гыход 11 ого напряжения иеобразсвателя 2. Возцикаюпис ца Выходе счетчика импульсы его гереполценпя по плюсу и минусу поступают на соответствующие входы счетчика 3, изменяя при этом хранящийся ца нем код и, соответственно, напряжение х, приближая его к медиане СП. Так как возникновение импульсов переполнения с выхода счетчика обусловлено лишь соотношением количества тактов, при которых х(1) )х и х(1) х, а це абсолютными значениями х(1), то увеличение скорости изменения реализации х(г) в данном устройстве нс приводит к увеличению динамической ошибки. Код Лх, соответствующий искомой О.;ко медианы СП, считается подобранным ца счетчике 3 при отсутствии сигналов переполнения с выхода его младших разрядов 9 в течение определенного интервала времени, зависящего от емкости младших разрядов и параметров (например, интервала корреляции) исследуемого процесса. Момент окончания подбора кода фиксируется блоком управления 8. Таким образом, в данном устройстве подбирается код, соответствующий такой оценке, для которой средний интервал времени, в течение которого х(1)(х равен среднему интервалу времени, в течение которого х(1) (х. Нетрудно заметить, что эта оценка является оценкой медианы СП Х(1). Так как для случайных процессов с симметричной относительно МО плотностью вероятности (например, нормальной или равномерной) значения медианы и МО совпадают, то получаемая в предлагаемом устройстве оценка медианы может в этом случае также использоваться и как несмещенная оценка математического Ожидания исследуемого СП,Кроме того, из принципа работы устройства видно, что автоматический подбор оценки медианы или МО в нем будет выполняться как для стационарных эргодических СП, так и для эргодических процессов нестациоцарцых:- по математическому ожиданшо, при известных ограничениях скорости изменения МО;- по дисперсии, так как подбираемая опенка не зависит от абсолютных значений случайного процесса.Если исследуемый СП характеризуется плотностью вероятности, несимметричной относительно МО, то значения его медианы и МО не совпадают и получаемую оценку медианы нельзя использовать как оценку МО из-за большого смещения.В этом случае для получения оценки МО с помощью описываемого устройства предлага 10 15 20 25 30 35 40 тЭ 50 55 60 65 ется из исследуемого СП вычитать несинхрои 11 зированный с цим вспомогательный перио- дическиЙ сигнал е/(1), лиисЙно измеця 101 циЙся В,1 назоне От - А до А В теси; е каждогО периода, где с вероятностью, бл 1 зкой и 1 А: / Х (г):,. С некоторь:ми допущениями такой сигнал можно считать равномерно распределецнь 1 м в диапазоне от - А до А случайным сигналом с нулевым МО, независимым от входного сигнала.При вычитании сигнала у(1) из реализации х исследуемого СП в усредняющем устройстве будет подбираться код Л 1 соответствующий оценке медианы разностного сигнала 2.В то же время можно показать, что медиана разцостцого сич 1 ала с большой то ностью совпадает с МО исследуемого сигнала, Причем этот вывод можно распространить на СП с любой плотностью вероятности. Поэтому полуясмая В данном случае оценка медианы может использОВ 1 ься как Оценка МО исследуемого СП.Таким образом, для любого СП, в том числе и процесса с плотностью вероятности, несимметрично относительно МО, код, соответствующий оценке его МО, в предлагаемом устройстве можно получить путем определения оценки медианы сш.1 ала, представляющего собой разность между реализацией исследуемого СП и вспомогательным сигналом у, Обладающим описанными выше свойствами.Реализацию вспомогательного сигнала, а также его вычитание из исследуемого сигнала можно осуществить в цифровой форме путем подачи дополнительных счетных импульсов из блока управления 8 на входы сложение (С) и Вы 1 итание (В) некоторого разряда реверсшгцого счетчика 3 таким образом, чтобы об словленное ими напряжение на выходе преобразователя 2 имело вид, показанный на фиг. 2. Частота следования этих импульсов и разряд счетчика 3, на который они должны подаваться, определяются частотой тактовых импульсов ца выходе генератора 4, количеством младших разрядов 9, а также диапазо Ом изменения и интервалом корреляции исследуемого СП. Для того, чтобы не вносить дополнительцой ошибки смещения, обуслов- лен 11 ОЙ наличием вспомогательного сигнала, съем кода, соответствующего оценке МО исследуемого СП, следует производить в момент Времени, когда значение у =О,Использование семи-, восьмиразрядного основного счетчика и трех и четырех разрядов дополнительных 9 к реверсивному счетчику 3 оказывается достаточным для получения оценки математического ожидания с относительной среднеквадратичной погрешностью 1%.Формула изобретенияСледящее усредняющее устройство, содержащее цифро-аналоговый преобразователь,Тираж 679овета Министроткрытий 1аб., д. 4/5 ПодписноеСССР ипография, и 1 к Сапунова,соединенный выходом с компаратором, другой вход которого подключен ко входу устройства, генератор тактовых импульсов, соединенный с перв, м входом первого элемента И, второй вхо-, : оторого подключен к блоку управления,еверсивный счетчик, выходы которого соединены с цифро-аналоговым преобразователем, и гходы соответственно подключены к выхода; второго и третьего элементов И, первые входы которых соединены с выходом первого элемента И, а вторые подключены соответственно к выходам компаратора, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, в нем выходы младших разрядов реверсивного счетчика соединены с блоком управления, подключенным к управляющим входам сложения и вычитания старших разрядов реверсивного счетчика.