Анализатор случайных процессов

Союз Советских Соцналнстнчесинз РеспубликОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВ БИЛЬСТВУ 1809204(22) Заявлено 2201 79 (21 2745085/18-24с присоединением заявки Ио(5 ЦМ. Хл.з,6 Об Г 15/Зб Госуларсгаенямй коингег СССР яо ямам нзобрегенмй я огкрмгмй(088.8) Дата опубликования описания 28. 02. 81 В.Г. Корчагин, А.С. Мартыненко, Ю.Б, Садомов,Л.И. Хохлов, Т.Л, Цветкова и А,П. Шевяков(72) Авторы изобретения Государственное союзное конструкторско-технологическоебюро по проектированию счетных машин(54) АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ Изобретение относится к цифровойвычислительной технике, предназначено для статистической обработки инФормации в реальном времени и может быть использовано во многих областях науки и техники, где исследуемые процессы носят случайный характер.Известно устройство для вычисления статистических характеристик слу" чайных процессов, в частности характеристик выбросов случайных процессов 11 .Недостатками известного устройства являются его узкая Функциональная специализация, ограниченная 15 определением только параметров выбросов случайных процессов. Кроме того, его сложность, узкий класс исследуемых случайных процессов, а также недостаточная точность огре деления вероятностных характеристик выбросов ограничивают область применения устройства.Наиболее близким к предлагаемому является вероятностный спектрокоррелометр, предназначенный для вычисления корреляционной функции, математического ожидания и спектральной плотности мощности с исполь. эованием вероятностного принципаЗО кодирования цифровой информации,содержащее блок центрирования, первыйвход которого соединен со входомустройства, а выход через блок вероятностного округления - со входомсдвигакщих регистров, выход которыхподключен к своему входу, а такжечерез регистр числа к первомувходу первого блока сравнения и через первый блок вентилей к первомувходу второго блока сравнения, второй вход последнего соединен с выходами генератора псевдослучайныхчисел и генератора гармоническихфункций соответственно, блок управления, соединенный по выходу совходами блоков центрирования, сдвигаюцих регистров, блоков вентилей,блоков генераторов и блока памяти,первый вход которого соединен свыходом блока умножения, соединен.го по входу с выходами блоковсравнения, аходы - один черезблок масштабирования соединен спервым блоком вентилей, другойсоединен непосредственно со входомблока центрирования 21,Основным недостатком известноговероятностнс о спектрокоррелометраявляется невозможность определениявероятностных характеристик выбросон исследуемого случайного процесса.Цель изобретения - расширениеФункциональных возможностей устройства эа счет вычисления статистических характеристик выбросов случайного процесса,Поставленная цель достигается тем,что н анализатор случайных процессов,содержащий арифметический блок, блоквероятностного умножения, блок сдвигающих регистров, выход которого соединен через регистр числа с пернымвходом первого блока сравнения и Не"посредственно с первым входом первого блока элементов И, со своимвходом и выходом блока вероятностного округления, первый вход которогосоединен с выходом блока памяти, авторой вход - с выходом блока центрирования информационный вход которого 20, является первым входом анализатора,а управляющий вход соединен с первымвыходом блока управления, .второй итретий выходы которого, подключены,соответственно, к управляющим входам 25блока сдвигающих регистров и блокагенераторов, первый выход которогосоединен с третьим входом блока вероятностного округления и первым входомвторого блока элементов И, второйи третий выходы блока генераторовподключены, соответственно, к первымвходам первого блока элементов И ивторого блока сравнения, второй входкотррого соединен с выходом первого блока элементов И, а выход подключен к первому входу блока вероятностного умножения, второй вход ко"торого соединен с выходом первогоблока сравнения, а выход соединен спервым входом блока памяти, введены 40дешифратор, счетчик, триггер, тре"тий блок элементов Й и регистр, входкоторого является вторым входом анализатора, а выход соединен со вторымвходом второго блока элементов И,выход которого подключен ко второмувходу первого блока сравнения, первыйи второй дополнительные выходы которого соединены со счетным и установочным входами счетчика и единичным уи нулевым входами триггера соответственно, выход счетчика через дешифратор и третий блок элементон И соединен с группой входов блока памяти,второй вход которого соединен с выхо"дом триггера, а третий вход и выходблока памяти подключены, соответствен"но, к ныходу и входу арифметическогоблока.На чертеже изображена структурнаясхема анализатора случайных процессов.Анализатор содержит блок 1 центрирования, регистр 2, блок 3 вероятностного округления, блок 4 сдвигающих регистров, регистр 5 числа, блок 65 б управления, блоки 7 и 8 сравнения,блок 9 вероятностного умножения,блок 10 памяти, триггер 11, блок 12генераторов (гармонических функцийи псендослучайных чисел), счетчик 13,блоки первый 14, второй 15, третий1 б элементов И, дешифратор 17 и ариф 1 метический блок 18, состоящий из сумматора и комбинационной схемы (непоказ аны)Анализатор обеспечивает работув режимах вычисления корреляционнойфункции, спектральной плотности мощности, а также определения характеристик выбросов случайных процессов.Вычисление корреляционной Функцииосуществляется по формуле1=1где Н " длина выборки случайногопроцесса, а е - количество вычисляемых ординат корреляционной Функции,При вычислении вероятностных характеристик выбросов случайных процессов предлагаемый анализатор определяет плотность распределения вероятности длительностей выбросов илиимпульсов эа заданный уровень А-ыйподрежим, плотность распределениявероятности межимпульсных 1 нтервалон - 2-ой подрежим, среднюю длительность интервала между выбросамиво 2-ом подрежиме, среднюю длительность выбросов за заданный уровеньА в 1-ом подрежиме, общее числовыбросов эа заданный уровень А вкаждом из подрежимов,В режиме вычисления вероятностныххарактеристик выбросов случайныхпроцессон в регистр 2 заноситсязначение уровня А, относительно которого производится отсчет числаи длительностей выбросов.На вход блока 1 центрированияпоступают дискретные значения. случайного процесса К - х;, =Т,И.Далее нецентрированные ординатывходного случайного процесса подаются через блок 3 вероятностногоокругления в блок 4 сдвигающих регистров. После заполнения в регистров блока 4 ординаты случайногопроцесса последовательно сравниваются на блоке 7 сравнения с числом А,передаваемым с регистра 2 через второй блок 15 элементов И на второйвход блока 7 сравнения.В 1-ом подрежиме реализуется соотношение1, если х АО, если х. . АЕсли при первом сравнении окажется, что текущее. значение х большеА, то с первого дополнительного выхода блока 7 на счетный вход счетчика 13 и единичный вход триггера11 поступает код "1", При этомтриггер 11 устанавливается в единичное положение, а счетчик 13 добавляет к своему содержимому единицу .Если и далее при последующих сравнениях окажется, что Х+ ) А, то описанный процесс повторяется. Появление на втором дополнительном выходе блока 7 сравнения кода "1" (при этом на первом дополнительном выходе этого блока код "1" пропадает, и появляется код "0") определяется условием х с А. В этом случае триггер 11 переводится по сигналу, действующему на его нулевом входе, в нулевое состояние. На выходе триггера. 11 при его переходе из одного состояния в другое (например при переходе иэ единичного состояния в нулевое) формируется сигнал, который подается на счетный вход первого регистра (не доказан) блока 10 памяти, в котором в каждомподрежиме формируется число выбросов или импульсов эа заданный уровень А. Одновременно по условию хА содержимое счетчи" ка 13 гередается параллельным кодом в дешифратор 17, затем счетчик 13 устанавливается в нулевое состояние. Двоичный код на входе дешифратора 17 преобразуется в единичный сигнал на выходной шине, который через первый блок 16 элементов И постугает на соответствующий счетный вход блока 10 памяти. Для исключения перепол" нения счетчика 13 в анализаторе предусмотрено изменение его коэффициента пересчета путем подачи соответствующего установочного импульса с блока б управления.В зависимости от длины выброса эа заданный уровень А блок 7 сравнения формирует соответствующее число условий х ) А, по каждому из которых в счетчик 13 записываются единицы. Таким образом, данной длине выброса ставится в однозначное соответствие количество выполненных условийхА и номер регистра блока 10 памяти, куда заносится единица. Указанный процесс повторяется для всех дискретных значений реализации, по окончании обработки котО- рой в блоке памяти оказывается гистограмма распределения длительностей выбросов 8, где 6 - число выбросов или импульс длины 5; 5 К 64, К - коэффициент пересчета; и общее число выбросов или импульсовПроцесс вычисления ординат гистограммы длительностей межимпульсных интервалов аналогичен описанному выше, за исключением того, что блок 7 сравнения формирует код "1" по пер вому дополнительному выходу при условии Х ) 1, а при Х ( 1 - по второму дополнительному выходу ( амтв число межимпульсных Интервалов длительности Т, Т = 1, К 64, К - коэффициент пересчета). Далее по командам с блока управления информация сблока 10 памяти последовательноподается на входы арифметическогоблока 18, так что значения ординатгистограммы Е 5) или Ю); 5, Т1, К64 делятся на значение количества выбросов В, полученного дляданной реализации . Результаты заносятся в соответствующие регистрыблока 10 памяти и, таким образом,в результате всех вычислений вблоке 10 памяти оказываются значенияплотностей распределения вероятностидлительностей импульсов (или межимпульсных интервалов) и количествовыбросов, полученное по одной реали 15 зации,Вычисление оценок средней длите.".ьности выбросов или импульсоввф интервалов. между выбросами, илиимпульсов в для каждого из подре 20 жимов осуществляется по следующимформулам соответственно;+ 1 б 4щ,= х:зе;В2 1 К 64е,= - "Е" те,где В 5 - общее число выбросов;В - число межимпулЬсных интерватЗО лов; 5 - длительность выброса;число импульсов или выбросовдлительности 5; Т - дл.тельностьмежимпульсного интервала; 3 т - число межимпульсных инте;-залов длительности Т.Реализация указанных выраженийв данном анализаторе осуществляетсяпоследовательной подачей и накоплением значений ординат плотности распределения длительностей (выбросовЬО или интервалов между выбросами) изблока 10 памяти в арифметическомблоке 18. Полученный результат выдается в блок 10 памяти для дальнейшего использования,45 Введение новых элементов (де- .шифратора, счетчика, триггера, арифметического блока и регистра) позволяет измерять вероятностные характеристики выбросов по заданной реали 5 р зации, вследствие чего расширяютсяфункциональные возможности устройства, что обеспечивает более полное статистическое исследованиеслучайных процессов. Кроме того,элементы, введенные в анализатор,являются элементами дискретнойтехники, поэтому они легко согласуются с узлами и блоками анализат ра и могут выполняться конструктивно на одной ти ювой унифицированнойЬО плате.Формула изобретенияАнализатор случайных процессов,Ь 5 содержащий а,арифметический блок,, Тираж 756 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 13035, Москва, Ж, РаЗаказ 413/60 Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проект блок вероятностного умножения, блоксдвигающих регистров, выход ксторогосоединен через регистр числа с пер"вым входом первого блока сравненияи непосредственно с первым входомпервого блока элементов И, со своим входом и выходом блока вероятностного округления, первый входкоторого соединен с выходом блокапамяти, а второй вход ". с выходомблока центрирования, информационный вход которого является первымвходом анализатора, а управляющийвход соединен с первым выходомблока управления, второй и третийвыходы которого подключены, соответственно, к управляющим входам блокасдвигающих регистров и блока генераторов, первый выход которого соединен с третьим входом блока вероятностного округления и первым входомвторого блока элементов И, второй Ии третий выходы блока генераторовподключены, соответственно,к первымвходам первого блока элементов Ии второго блока сравнения, второйвход которого соединен с выходом 25первого блока элементов И, а выходподключен к первому входу блока вероятностного умножения, второйвход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход соединен с первым входом блока памяти,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью расширения функциональныхвоэможностей анализатора за счетвычисления статистических характеристик выбросов случайных процессор,в него введены дешифратор, счетчик,триггер, третий блок элементов И нрегистр, вход которого является вторым входом анализатора, а выход соединен со вторым входом второго блокаэлементов И, выход которого подключен ко второму входу первого блокасравнения, первый и второй дополнительные выходы которого соединенысо счетным и установочным входамисчетчика и единичным и нулевым входами триггера соответственно, выходсчетчика через дешифратор и третийблок элементов И соединен с группойвходов блока памяти, второй вход которого соединен с выходом триггера,а третий вход и выход блока памятиподключены, соответственно,к выходуи входу арйфметического блокаИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 491953, кл. 6 Об Г 15/34, 1974.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 2428338/24,кл. 6 Об Г 15/36, 1976 (прототип),