Устройство для определения стационарности случайного процесса

) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ЙЙИЪМд ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О)НРЦТИ(71) Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации(56) 1. Авторское свидетельство СССР Мф 4 16669, кл, С 06 Г 15/36, 1971.2. Авторское свидетельство СССР В 497592, кл. С 06 Р 15/36, 1972. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНОСТИ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый блок сравнения, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, первый блок запоминания, формирователь импульсов, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, генератор импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержит второй блок запоминания,Гсчетчик, третий блок сравнения, счетчик выборки, первый и второй счетчики адресов, блок ключей переписи кодов, два элемента И, триггер, делитель частоты, блок оценки средне- квадратического отклонения, блок оцен- ки математического ожидания, блок умножения, сумматор, элемент ИЛИ, а блок управления содержит два формирователя импульсов, при этом первые входы первого и второго элементов И объединены счетными входами счетчика выборки, первого счетчика адреса, с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и подключены к выходу генератора импульсов, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами первого и второго блоков запоминания, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего блока сравнения, выход которого соединен с входом счетчика, вы" ход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход перфого формирователя импульсов блока управления соединен с управляющими входами первого и второго блоков запоминания, с управляющими входами первого и второго счетчиков адресов и с входом триггера, выход второго формирователя импульсов блока управления соединен с управляюР щим входом сумматора, выход которого Е подключен к второму входу первого олока запоминания соединен с выходом первого счетчика адреса, кодовый вход которого подключен к выходу блока ключей переписи кодов, информа- Я ционный вход которого объединен с адресным входом второго блока запоминания и соединен с выходом второго счетчика адреса, счетный вход которого подключен к выходу элемента ( ИЛИ, первый вход эЛемента ИЛИ объединен с управляющим входом блока ключей переписи кодов и соединен с выходом формирователя импульсов, вход ьы которого подключен к первому выходу делителя частоты, второй выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов блока управле- ф ния, выход счетчика выборки соединен с входом второго формирователя импульсов блока управления и с входами блока оценки среднеквадратического отклонения и блока оценки математического ожидания, второй вход элемента ИЛИ соединен с выводом первого1109/61 20 элемента .И, второй вход которогоподключен к первому выходу триггера,второй выход которого соединен свторым входом второго элемента И,выход которого подключен к входу делителя частоты, выход блока оценкисреднеквадратического отклонения сое 1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах для определенияхарактеристик случайных процессов.Известно устройство для определения стационарности случайного процесса, содержащее преобразовательаналог-код, первый выход которогосоединен с входом первого делительного блока второе делительное устР10ройство, элементы И, элемент НЕ,триггер, третье делительное устройство, реверсивные счетчики, вычитающие счетчики, элемент ИЛИ, генераторсчитывающих импульсов 1 1.Наиболее близким к изобретению15по технической сущности являетсяустройство для определения стацио,нарности, содержащее блок заданияначальных условий, логический блокразрешения сравнения, блок запоминания, выход которого подключен к.первому входу блока сравнения, блокформирования, блок управления, блоканализа гипотез и источник синхроим 25пульсов.Устройство осуществляет проверку,;стационарности случайного процессаспособом непараметрического оценивания, а именно на основании критериятренда (инверсий). Например, еслив каком-либо ряду из И наблюдений,записанных в запоминающем устройствев порядке их получения, за некоторымвыбранным числом следует меньшее повеличине, то в этом случае имеет 35место инверсия. Таким образом подсчитывается общее число инверсий А,т,е. для всех наблюдаемых значений,и сравнивается с двумя числами:Анн - минимальное распределение40числа инверсий и Амдо - максимальное распределение числа инверсий Г 21,динен с входом блока умножения, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора, второй информационный входкоторого соединен с выходом бло".ка оценки матеметического ожида-.ния,2 Недостатки известных устройств заключаются в низкой точности оценкистационарности.Цель изобретения - повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения стационарности случайного процесса, соцержащее первый блок сравнения, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, первый блок запоминания, формирователь импульсов, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, генератор импульсов, содержит второй блок запоминания, счетчик, третий блок сравнения, счетчик выборки, первый и второй счетчики адресов, блок ключей переписи кодов, два элемента И, триггер, делитель частоты, блок оценки среднеквадратического отклонения,блок оценки математического ожидания, блок умножения, сумматор, элемент ИЛИ, а блок управления содержит два формирователя импульсов, при этом первые входы первого и второго элементов И объединены со счетными входами счетчика выборки, первого счетчика адреса, с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и подключены к выходу генератора импульсов, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационными входами первого и второго блоков запоминания, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам третьего блока сравнения, выход которого соединен с входом счетчика, выход которого подключен к первому входу первого блока сравнения, выход первого формирователя импульсов блока управления соединен с управляющими входами первого и второго блоков за11097поминания, с управляющими входами первого и второго счетчиков адресов и с входом триггера, выход второго формирователя импульсов блока управления соединен с управляющим входом сумматора, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, адресный вход первого блока запоминания соединен с выходом первого счетчика адреса, кодовый вход 1 О которого подключен к выходу блока ключей переписи кодов, информационный вход которого объединен с адресным входом второго блока запоминания и соединен с выходом второго счетчи ка адреса, счетный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход элемента ИЛИ объединен с управляющим входом блока ключей переписи кодов и соединен с выходом 2 О формирователя импульсов, вход которого подключен к первому выходу делителя частоты, второй выход которого соедйнен с входом первого формирователя импульсов блока управления, выход25 счетчика выборки соединен с входом второго формирователя импульсов блока управления и с входами блока оценки среднеквадратического отклонения и блока оценки математического ожидания, второй вход элемента ИЛИ: соединен с выходом первого элемента И, второй вход которого подключен к первому выходу триггера, второй выход которого соединен с вторым35 входом второго элемента И, выход которого подключен к входу делителя частоты, выход блока оценки средне- квадратического отклонения соединен с входом блока умножения, выход котоО рого подключен к первому информационному входу сумматора, второй информационный вход которого соединен с выходом блока оценки математического ожидания.На фиг. 1 показана блок-схема устройства, на фиг. 2 - блок управ 1 ения.Устройство содержит генератор 1 импульсов, аналого-цифровой преобра 50 зователь 2, первый 3 и второй 4 блоки. запоминания, первый счетчик 5 адреса, первый элемент И 6, элемент ИЛИ 7, второй счетчик 8 адреса, триггер 9, второй элемент И 10, счетчик 11 (объема) выборки, блок 12 управ 55 ления, третий блок 13 сравнения, счетчик 14, управляемый делитель 15 частоты, формирователь 16 импульсов,61 4блок 17 ключей переписи кода, сумматор 18, блок 19 оценки среднеквадратического отклонения, блок 20 оценки математического ожидания, блок 21 умножения, первый блок 22 сравнения, второй блок 23 сравнения. Блок управления (фиг. 2) состоит из первого 24 и второго 25 формирователей импульсов.В основу работы устройства положено соображение, что монотонное изменение ординат реализации стационарного процесса маловероятно. Исполь- . зуя нормальность распределения переменной А, решающее правило для альтернативы убывающего тренда можно записать в виде:А) МГА 1 ф ЧАСА 3 Хс,для возрастающего трендаА 4 мАЧ-ИЮхгде М ГА 1 = - математическоекможидание числаинверсий;д 1 Еа в се -- дисперсия числа2 У+Зй-Яинверсий;М - число выборок;- квантиль нормированной функции нормальногораспределения.Устройство работает следующим образом.С приходом импульсов от генератора 1 в аналого-цифровом преобразователе 2 осуществляется преобразование значений реализации случайного процесса, поступающего на сигнальный вход, в цифровой код, поступающий на сигнальные входы запоминающих блоков 3 и 4, Одновременна импульсы генератора 1 поступают на вход первого счетчика 5 адреса и через первый элемент И 6, элемент ИЛИ 7 на вход второго счетчика 8 адреса. Элемент И 6 открыт по второму входу высоким потенциалом триггера 9, исходное состояние которого выбрано таким, что второй элемент И 10 закрыт, С приходом импульсов счетчики 5 и 8 адреса переключаются, обеспечивая параллельную запись цифровых кодов с выхода преобразователя 2 в соответствующие ячейки запоминающих блоков 3 и 4.При достижении необходимого объема.измерения Н , который фиксиру25 5 1 109 ется счетчиком 11 (объема) выборки, с блока 12 управления на вход триггера 9 поступает сигнал, перебрасывающий его в другое состояние. При этом элемент И 6 закрывается, а элемент И 10 открывается. Кроме того, по команде блока 12 управления запоминающие блоки 3 и 4 ставятся в режим считывания, а первый 5 и второй 8 счетчики адреса сбрасываются в первое 1 О состояние. При этом информация из запоминающего блока 3 считывается в моменты прихода каждого импульса от генератора 1 и поступает на первый вход блока 13 сравнения. На втором 15 входе блока 13 сравнения все это время присутствует цифровой код, соответствующий значению Ъ , так как счетчик 8 адреса находится в первом состоянии. Таким образом, блок 13 20 сравнения производит сравнение первого значения реализации ч со всеми последующими Х (= ,ц 1 в моменты прихода импульсов генератора 1.Если значение Х больше любого значения М, то на выходе блока 13 сравнения появляется импульс, который просчитывается счетчиком 14, а если результат .сравнения меньше или равен, то импульс не возникает. 30 С приходом Н -1 импульсов происходит сравнение У со всеми последующими значениями, Кроме того, на выходе управляемого делителя 15 частоты после цикла сравнений возникает импульс, управляющий работой формирователя 16, а именно: по переднему фронту формирователь 16 выдает короткий импульс, переводящий счетчик 8 адреса во второе положение, так что на вто рой вход блока 13 сравнения теперь подается цифровой код, соответствующий зйачению Х, а по заднему фронту импульса с выхода управляемого делителя 15 частоты импульс формиро вателя 16 переписывает код счетчика 8 адреса через блок 17 ключей . переписи кода в счетчик 5 адреса, имеющего вход, начальной установки числа. Таким образом, к моменту при хода следующего ймпульса от генератора 1 счетчик 5 адреса уже находцтся во втором состоянии, а в момент прихода импульса генератора счет 761 бчик 5 адреса перебрасывается в следующее состояние, соответствующее появлению на первом входе блока 13 сравнения цифрового кода значения ХТаким образом, далее происходит сравнение числа Хур со всеми последующими, а результат сравнения (в случае Хг) Х, где .:Д 11) накапливается в счетчике 14 и т.д. Когда закончится сравнение последней 1пары чиселХки У , на втором выходе блока управления возникает команда на сумматор 18, разрешающая выполнение арифметических операций. К этому времени по известному объему выборки И в блоке 19 определения оценки среднеквадратического отклонения записано значение .Эд 1 а в блоке 20 определения оценки математического ожидания вычислено значение МСА 1. Ввиду того, что для заданной степени 20 вычислено значение ЩД 3 и для заданной степени довериякоэффициент У,с известен (от объема И не зависит), то блок 21 осущ.ствляет масштабирование, т.е. перемножение 5 АТ и М 4 Сумматор 18 выполняет операцию МГ 41(В случае проверки иа убывающий тренд) и результат поступает на первый вход блока 22 сравнения, на второй вход которого поступает код количества инверсий А с выхода счетчика 14. Результат сравнения поступает на блок 23, который выдает исследователю информацию о том, стационарен или имеет тренд исследуемый участок реализации случайного процесса. Таким образом, устройство позволяет производить анализ реализации на стационарность. Однако в отличие от известного позволяет определить в случае нестационарности знак тренда и имеет при этом большую мощность решающего правила, что позволяет уменьшить вероятность ложного принятия гипотезы стационарности. Эффективность изобретения заключается в сокращении объема измерений по сравнению с известным устройством (при той же вероятности принятия лож- ной гипотезы)./5 наб.,лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 699 ВНИИПИ Государств по делам иэобр 113035, Москва, Жнного комит тений и отк 35, Раушска