Устройство для определения одномерных начальных моментов м го порядка случайного процесса

О П И С А Н И Е п 1) 590755ИЗОБРЕТЕН И ЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07,02.78 51) М. Кл 2 б 06 Г 15/3 Государственный коми авета Министров СССРо делам изобретенийи открытий 3(088,8) 53) УД 72) Авторы изобретения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОДНОМЕРНЬ НАЧАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ М-ГО ПОРЯДКА СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА2 Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники ипредназначено для вычисления в цифровойформе одномерных начальных моментов М-гопорядка случайного процесса аппаратурой сограниченной разрядностью узлов и блоков,Устройство может найти широкое применение при решении задач измерений моментныхфункций стационарных случайных процессов,описывающих поведение как различных параметров сложных объектов (судостроение, медицина, энергетика, металлургия и т. д.), таки промежуточных и выходных характеристиксредств измерения различных моментных ифункциональных характеристик (т. е. оценкамоментов предыдущих ансамблей оценок). Решение перечисленных задач получило широкоераспространение в последнее время в связи свозрастанием требований к качеству анализаслучайных процессов в реальном времени.Решение задачи измерения моментов, какправило, решается с применением промежуточного запоминания (на магнитной ленте) ипоследующей обработки с помощью ЭВМ. Этоудорожало эксперименты, увеличивало времяизмерений и приводило к их низкой точности,т, к. возникала масса грубых ошибок и промахов,Известны измерители 1-ых и 2-ых моментовслучайных процессов, состоящие из последовательно соединенных входного устройства, функционального преооразователя (масштабирующий блок или квадратор), усреднителя и регистратора 11. г 1 едостатком таких устройств является низкое быстродействие и высокие требования к характеристикам таких узлов, как функциональньш преобразователь, усреднитель, регистратор,известен измеритель одномерных началь ных моментов М-го порядка случайного процесса 21, содержащий 1 И - 1 последовательно соединенных функциональных преобразователя, вход первого из которых является входом устройства, первый сумматор, первый 15 вход которого соединен с выходом блока памяти, выход которого подключен к выходу первого сумматора, аналого-цифровой преобразователь, счетчик - сумматор, генератор пилообразного напряжения, блок сравнения.20 Недостатком этого устройства являетсянизкое быстродействие и высокие требования к характеристикам функционального преобразователя, аналого-цифрового преобразователя и разрядности реверсивного счетчика, что за трудняет возможность его применения припараллельном измерении текущих оценок одномерных начальных моментов М-го порядка случайного процесса, т. к. практически необходимо использование М подобных устройств.30 Высокие требования к важным узлам данного устройства также ограничивают порядок измеряемых моментов и осложняют анализ реализаций в реальном времени.Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия при заданной точности параллельнопоследовательного измерения текущих оценок одномерных начальных моментов т-го порядка случайного процесса.Эта цель достигается тем, что в описываемое устройство дополнительно введены генератор случайных чисел, второй сумматор и два олока деления, входы первого из которых подключены соответственно к выходам блока памяти, второго сумматора, функциональных преобразователей и ко входу устройства, а выход первого блока деления соединен со вторым входом первого сумматора, входы второго блока деления соединены соответственно со входом устройства, выходами функциональных преобразователей, выходами блока памяти и генератора случайных чисел, выход второго блока деления подключен ко входу второго сумматора, выход которого соединен со вторыми входами функциональных преобразователей.На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство состоит из последовательно соединенных (т - 1) функциональных преобразователей 1. Вход первого функционального преобразователя соединен с источником исследуемого процесса. Выходы функциональных преобразователей 1 и источник исследуемого процесса параллельно соединены с входами первого и второго блоков деления 2 и 3. Выход первого блока деления 2 соединен с входом второго сумматора 4, выход которого параллельно соединен с вторыми входами функциональных преобразователей 1 и второй блок деления 3, выход которого соединен со входом сумматора 5, который по выходу и входу соединен с блоком памяти 6. Выход блока памяти 6 параллельно соединен с входами первого и второго блоков деления 2 и 3. Выход генератора случайных чисел 7 соединен с входом первого блока деления 2.Устройство работает по одинаковым циклам длительностью тХТ,. Рассмотрим работу на примере й-го цикла с момента 1+ИтКТ когда на вход устройства поступает Й-ая ордината Хй Х(Ц.Функциональные преобразователи 1 последовательно друг за другом с интервалом ЛТ 0 формируют последовательность из (т - 1) -го произведения (хД видаха - Х уах - ху 1х =х- у -Параллельно с функциональными преобра зователями 1 вспомогательный сумматор 4 и первый блок деления 2 формируют последовательность грубых сомножителей у уи последовательность вспомогательных вели чин вида Р 6 ,+ га = О , 6 д+г, = 6 ,2(2) 10 6 - 1,1 + га:- 1,1 6,м+гат- 1 р15 а сумматор 5, блок памяти 6 и второй блокделения 3 определяют последовательность Й-ых т оценок одномерных начальных моментов (0 Д видаЕ=Е+ж,х, - Е, О,л = 6 -, + Ж- х, - 6 , (3) 20 1,я:- 1,т +хт- 1, пгПри этом генератор случайных чисел 7 фор 25 мирует последовательность из (2 т - 1) -ыхслучайных ординат г, г нечетные изкоторых поступают на формирование грубыхсомножителей уь , у, и а четные - на формирование вспомогательных величин О , ь ,306-ь т, вида (2).Для этого за интервал ЬТ, ордината х,=хс входа устройства поступает в первый функциональный преобразователь 1, и первыйблок деления. С выхода генератора случайных чисел 7 вызывается ордината г, на входпервого блока деления 2. Во вспомогательномсумматоре 4 формируется грубый сомножитель у, в виде кода трех старших разрядовсуммы г, + х,. Функциональный преобразо 40 ватель 1, умножает р-разрядный код х=хна 3-х разрядный код - грубый сомножительу,. Вспомогательный сумматор 4 сбрасывается. С выхода генератора случайных чисел 7через первый блок деления 2 поступает орди 45 ната г, разрядностью р. С блока памяти 6через первый блок деления 2 поступает предыдущая оценка О ь, разрядностью р+ Лр,Лр = 3 - 4 разряда,Во вспомогательном сумматоре 4 формиру 50ется сумма вида (2) разрядностью р, которая поступает во второй блок деления 3, на выходе которого формируется вспомогательная величина У - 0 , ь которая поступает в сумматор 5. Код х = х, поступает через второй блок деления 3 в виде величины М - 1 х, в сумматор 5, где формируется разность1 х,+Ж - 6 ,1вида (3), Величина разностиИ - (х - 6 ,)65 в сумматоре 5 суммируется с кодом предыду 590755щей оценки 0 , поступающей с блока памяти б, При этом в сумматоре 5 формируетсяновая й-ая оценка первого момента 0 вида(3). Полученная оценка О, в виде р+Ьрразрядного кода поступает с сумматора 5 вблок памяти 6 в его первый регистр памяти.Первый функциональный преобразователь1, параллельно определяет (р, + 3)-разрядное произведение х,=х, Ку, вида (1),Аналогично описанному выше определению9,г и хг за первый интервал ХТо происходитопределение оценки 0,г разрядностью у+3+Лр вида (3) и второго произведения хз разрядностью у+6 за следующий второй интервал Т,.Таким образом в каждом, например, й-омцикле длительностью тХТ, в предлагаемомустройстве определяются т текущих оценок(6, Д по однородным алгоритмам вида (3).Из описания видно, что грубые сомножители у , увида (1), поступающие наодни из входов функциональных преобразователей 1, имеют постоянную разрядность 3.Произведения хг, , х,имеют соответственно, разрядностьр + 3, р. + 6, 1 р. + 3 (т - 1)1,Текущие оценки О,ь , 0,имеют разрядностьр+Ьр р+ 3(и - 1) + Лр,.Вспомогательные величины6 ,.,6 ивида (2) имеют разрядностьр,.., 1 р + Э (т - 1) .Нечетные случайные ординатызфггт - 1имеют разрядностьр - 3, р,р +З(и - 1)Четные случайные ординатыаф еф гааимеют разрядностьр., ( з, + 3) р. + 3 (т - 1).Равенство разрядности грубых сомножителейу;, позволяет обеспечить в предложенном устройстве равенство времени умножений вфункциональных преобразователях, т. е. повысить быстродействие; сократить разрядность формируемых в них произведений х;,вида (1), а значит сократить разрядность регистров блока памяти 6, сумматора 5, второ 20 25 30 35 40 45 50 го блока деления 3, вспомогательного сумматора 4 и первого блока деления 2, т. е. упростить реализацию устройства. Сохранение точности измерений оценок моментов в описываемом устройстве достигнуто благодаря добавлению цифрового шума через первый блок деления 2 во вспомогательный сумматор 3 при формировании грубых сомножителей у; вида (1) и вспомогательных величин1-1,1 ю 1) 1)- 1,лвида (2) с помощью генератора случайных чисел 7 (при грубом делении).После Ж циклов, аналогичных й-ому циклу, с выхода блока 6 на выход устройства начинают считываться вычисленные т оценок одномерных начальных моментов случайного процесса. Формула изобретенияУстройство для определения одномерных начальных моментов М-го порядка случайного процесса, содержащее т - 1 последовательно соединенных функциональных преобразователя, вход первого из которых является входом устройства, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, выход которого подключен к выходу первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при заданной точности, в устройство дополнительно введены генератор случайных чисел, второй сумматор и два блока деления, входы первого из которых подключены соответственно к выходам блока памяти второго сумматора, функциональных преобразователей и ко входу устройства, а выход первого блока деления соединен со вторым входом первого сумматора, входы второго блока деления соединены соответственно со входом устройства, выходами функциональных преобразователей, выходами блока памяти и генератора случайных чисел, выход второго блока деления подключен ко входу второго сумматора, выход которого соединен со вторыми входами функциональных преобразователей.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М Энергия, 1972, с. 223 - 225.2, Авторское свидетельство СССР Мо 227709, кл, б 06 Р 15/36, 1968,590755в,ь,Составитель В, Жовтинский Редактор Р, Киселева Техред А. Камышникова Корректоры: Т. Добровольская и О. ТюринаПодписное Заказ 1134/18 Изд. Мв 174 Тираж 818 НПО Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 9