Устройство для определения квантилей случайного процесса

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИК 9) (11) Г 1 5 3 6 Й КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ГОСУД АРС ПО ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОГО ПРОЦЕССА относится к автом УСТРОЙС ИЛЕИ СЛ Изобрет,И. Сендеркин 56) Автор 1012270,Авторск 1198539,тво СССР 36, 1981о СССР 36, 1934. кое скл. Се свидкл. С идетель 06 Р 15 ди жид иче тельст 6 Р 15(54) КВАН (57) тике назн ческ цесс и вычислительнои технике и предчено для определения статистих характеристик случайных пров, в частности для определения ны, квантилей и математического ния непрерывных случайных эргоких процессов. Цель изобретеповьппение точности устройства.1365095 Устройство содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитта, элементы И 3-9,20, элементы ИЛИ 10, 11, элементНЕ 12, триггеры 13, 14, реверсивныйсчетчик 15, преобразователь 16 коднапряжение, генератор 17 тактовыхимпульсов, делители 18, 19 частоты,блок 21 задания значений квантилей,блок 22 формирования кодов чисел рси (1-р)Е, преобразователи 23, 24 десятичного кода в двоично-десятичный,преобразователь 25 двоично-десятичноИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для определения статистических характеристик случайных про 5цессов, в частности, для определения медианы, квантилей и математического ожидания непрерывных случайныхэргодических процессов.Цель изобретения - повышение точности устройства.На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитта, первый 3, 15второй 4, третий 5, четвертый 6,пятый 7, шестой 8 и седьмой 9 элементы И, первый 10 и второй 11 элементы ИЛИ, элемент НЕ 12, первый 13 ивторой 14 триггеры, реверсивный 20счетчик 15, преобразователь 16 коднапряжение, генератор 17 тактовыхимпульсов, делитель 18 частоты, дополнительный делитель 19 частоты, дополнительный элемент И 20, блок 21 за.25дания значений квантилей, блок 22формирования кодов чисел р,1 с и (1-р),ксодержит преобразователи 23 и 24 десятичного кода в двоично-десятичный,преобразователь 25 двоична-десятич- З 0ного кода в двоичный шифратор 26,Устройство работает следующим образом.Случайный процесс х(с) подается на вход блока 1 сравнения, где проис ходит сравнение х(С) с опорным напряжением, полученным с выхода преобго кода н двоичный, шифратор 26. Вустройстве использованы делителичастоты, переменными коэффициентамиделения которых являются целые числа.При этом не возникают дополнительныешумы дробности и упрощается их техническая реализация. Устройство эффективно для определения уровня случайного сигнала, относительно которогослучайный процесс находится ниже определенного процента времени наблюдения, 1 ил. разователя 16, Так как в начальныймомент напряжение на выходе преобразователя 16 равно, нулю, то х(С) прямопоступает на вход триггера Шмитта 2,Для определенности допустим, что х(С)имеет положительное (или отрицательное) мгновенное значение, тогда наединичном выходе триггера Шмитта 2появляется логический сигнал "1"("0"), который подается на вход элемента И 3 (4). Так как реверсивныйсчетчик 15 в начальный момент находится в нулевом состоянии, на выходе элемента И 7 имеется логический сигнал "1", который вместе с сигналом "1" с прямого (инверсного) выхода триггера Шмитта 2 дает на выходе элемента И 3 (4) сигнал, который устанавливает первый триггер 13 в "1" ("0"). Сигнал на выходе элемента И 7 через элемент ИЛИ 10 устанавливает счетчик 15 в режим сложения, а также второй триггер 14 в "1", Сигнал "1" с единичного выхода второго триггера 14 поступает на вход седьмого элемента И 9 и открывает его. Одновременно с этим логический сигнал нО" с нулевого выхода второго триггера 14 поступает на вход шестого 8 и вход дополнительного 20 элементов И, закрывая их. Импульс от генератора 17 пройдяоткрытый элемент И 9 и элемент ИЛИ 11,поступает на счетный вход счетчика 15и записывает в счетчике 15 "1". Этозапирает элемент И 7 и снимает разрешение с элементов 3, г и 10, но кэтому времени первый триггер 13 уженаходится в единичном (нулевом) состоянии и вместе с триггером 2, который тоже находится в единичном (нулевом) состоянии, образует на выходеэлелента И 5 (6) сигнал, который через элемент ИЛИ 1 О подается на входсуммирования счетчика 15, Содержимое счетчика 15 возрастает и наступает момент, когда на счетчик 15поступает 2" импульсов и в младшем 10 разряде из старших т разрядов счетчика 15 появляется цифр "1", которая 15 подается на вход преобразователя 16, на выходе которого вьграбатывается единичная ступень опорного напряжения соответствующей полярности Г, Эта ступень напряжения подается нз 20 вход блока 1 сравнения. Процесс дальше продолжается аналогично описанному, только с той разницей, что на вход триггера 2 уже подается входной сигнал х(Е)-г,., вместо х(ь), Появле ние "0" на выходе элемента И 7 ие вызывает изменение состояния второго триггера 14, поэтому описанный процесс нарастания (по абсоггютног величине) 1 1 рОисходит ггри принуди тельной подаче на счет вход счетчика 15 импульсов максимально возможной частоты, формггруемой на выходе генератора 17,Как только х(1;)-г 1, поменяет знак, 35 в рассматриваемом сл чае станет отрицательным (положительным), трггггер 2 перебрасывается в противоположное состояние, с.нимается разрешение с элемента 5 (6), с входа элемента 40 ИЛИ 10 и с выхода элемента НЕ 12 сиг 11 ггн ал 1 поступает на вход вычи т а н и я счетчика 1 5 . Этот же сигнал подается на вход установки в нулевое состояние второго триггера 1 4 , с нулевого вы хода которого сигнал " 1 " поступает н а вход ше с то го 8 и вх од доп ол нит ел ьного 2 О элементов И , открывая их . Н а единичном выходе второго триггера появляется 0 , который закрывает 50 седьмой элемент И 9, В дальнейшем управление работой элементов И 8 и 20 осуществляется логическими сигналами, поступающими с выходов элементаИЛИ 10 и элемента НЕ 12, 55Рассмотрим три режима работы устройства,Режим 1. Определение медианы -квантили порядка р=0,50. На выходах первого ггреобразоватеггя десятичного кода в двоично-десятичный формируется параллельный код 0101, т,е. "5", а на выходах второго преобразователя десятичного кода в двоично-десятичньп формируется 000, т.е. "0". На выходах преобразователя двоично-десятичного кода н двоичный формггруется двончный код, соответствующий цифре" р.;=50, т.е, 0110010. Этот коц поступает на входы задаг:ге коэффициента деления делителя 18 частоты, устагав,ггггвая е;о козффггцггент де.гения равным 1 с,. - .50, В к допреобразоватсле осущестн.ется формированс днонного кода, соответствующего чггсгг (1-р 1,с=1 с-р. 1 с=50, т, . 0110010, Этот код поступает на вход задания коэффицггента деления дополните:гьного делтел 19 частоты, устанавливая его коз 1 фицгг нт де.геьнгя 1 с=50, При этом на с гс тный вход с гетчика 15 иоступа - ют импульсь одной и той же частоты. Е,сгги значеигге медианы процесса полож.тельно, то режи с:гожения по времени преобладает над временем вычитаниягг содержимое и старших разрядов счетчггка 15 ггозрастает до тех пор, пока содержимое этих разрядов не станет равным значению гелиягы. Когда насту- идет равенство, т.е, алгебраическая сумма количества импульсов М, г оступаюгцих на сч тчик 15, колеблется11диапазоне О- г, содержимое и старших разрядов не меняетсяРежим 2. Определение квантили р 0,5, напригер р=0,25.На выходах первого преобразователя десятичного кода в двоично-десятичный формируется параллельный двоичый код 0010, т.е. "2", а на выходах второго преобразователя десятичного кода в двоично-десятичный формируется 0101, т.е. "5", На выходах преобразователя двоично-дестичного кода в двоичный формируется двоичный параллельный код, соответствующий числу р,1 с=25, т.е, 0011001. Коэффициент деления делителя частоты устанавливается равным 1 с.,=25. В кодонреобраэователе осуществляется формирование двоичного кода, соответствующего числу (1-р).1 с=к-р.1 с=75, т.е. 1001011.Э:от код поступает на вход дополнительного делителя 19 частоты, устанавливая его коэффициент деле.ния 1=-5. При этом на сче.тный вход счетчика 15 в режиме вычитания поступаетимпульсная последовательность с частотой Г,:25 с выхода делителя 18 частоты. Это обеспечивается подачей сигнала "1" с выхода элемента НЕ 12 (в режиме вычитания) на вход шестого элемента И 8, который(вместе с "1" с нулевого выхода второго триггера 14) открывает его, В режимь суммирования логический сигнал "1" с выхода первого элемента ИЛИ 10 поступает на вход дополнительного элемента И 20 и (вместе с "1" нулевого выхода второго триггера 14) открывает его. На счетный вход счетчика 15 поступает импульсная последовательность с частотой Г ;75.В установившемся режиме код штарших разрядов реверсивного счетчика 15 дает оценку квантили р=0,25.Режим 3Определение квантили р)0,5, например р=0,85.На выходах блока формирования р.1 и (1-р).1 кодов 22 формируются двоичные параллельные коды, соответствующие р.1=85, т.е. 1010101, и (1-р).1 с=15, т,е, 0001111. Эти коды устанавливают коэффициенты деления делителя 18 частоты и дополнительного делителя 19 частоты соответственно равным 1:,=85 и 1=15 (заметим, что 1,1всегда равно 1, или 1,+1= =1=100), При этом на счетный вход счетчика 15 в режиме вычитания поступает более низкая частота, чем в режиме суммирования, В остальном устройство работает аналогично режиму 2. Формула и з о б р е т е н и яУстройство для определения квантилей случайного процесса, содержащее блок сравнения, триггер Шмитта, два триггера, семь элементов И, два элемента ИЛИ, элемент НЕ, преобразователь код-напряжение, реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов делитель частоты и блок задания значения квантили р, причем первый вход блока сравнения является первым информационным входом устройства, второй вход блока сравнения соединен с выходом преобразователя код-напряжение, выход блока сравнения подключен к входу триггера Шмитта, единичный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а нулевой выход триггера Шмитта соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И, второй вход первого элемента И соединен с вто 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рым входом третьего элемента И и подключен к выходу пятого элемента И,выходы первого и третьего элементовИ подключены соответственно к входамустановки в "1" и в "0" первого триггера, единичный и нулевой выходы которого соединены соответственно с вторыми входами второго и четвертогоэлементов И, выходы второго, четвертого и пятого элементов И подключены к первому второму и третьему входампервого элемента ИЛИ соответственно,выход которого соединен с входом суммирования реверсивного счетчика, входвычитания которого соединен через элемент НЕ с выходом первого элементаИЛИ, входы пятого элемента И соединены с выходами нулевого значения соответствующего разряда реверсивногосчетчика, вход первого разряда преобразования код - напряжение соединен сединичным выходом первого триггера,вход 1-го разряда (1=2,3(в+1), гце ш - заданная разрядностькода квантили) преобразователя коднапряжение соединен с единичным выходом (п+)-го разряда (и - заданнаяразрядность округления кода квантили,натуральное число) реверсивного счетчика, выход элемента НЕ соединен свходом установки в "1" второго триггера, вход установки в "0 которогосоединен с выходом пятого элемента И,инверсный выход второго триггера соедш ен с первым входом шестого элемента И, второй вход которого соединенс выходом делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и с первым входом седьмого элемента И, выходы шестого и седьмого элементов И соединены соответственно спервым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого соединен сосчетным входом реверсивного счетчика,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, в неговведены дополнительный делитель частоты, дополнительный элемент И, блокформирования кодов чисел р.1 и (1-р) 1 с(где р - значение квантили, натуральное число, к-/О , максимальное значение коэффициента деления делителячастоты и дополнительного делителячастоты, 1 - натуральное число), содержащий 1 преобразователей десятичного кода в двоично-десятичный, преобразователь двоично-десятичного коЗаказ 6612/43 Тираж 704 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 13650 да в двоичный и шифратор, причем разрядные входы преобразователей десятичного кода в двоично-десятичный являются входами задания значений соот 5 ветствующих десятичных разрядов блока формирования кодов чисел р.1 и (1-р) 1, разрядные выходы преобразователей десятичного кода в двоичнодесятичный соединены с соответствующими разрядными входами преобразователя двоично-десятичного кода в двоичный, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами шифратора и являются разрядными выходами 16 кода р.1 с блока формирования кодов чисел р 1 с и (1-р) 1 с, разрядные выходы шифратора являются разрядными выходами кода (1-р) 1 блока формирования кодов чисел р 1 с и (1-р)1 с, Раэ 20 рядные выходы блока задания значения квантили соединены с входами задания значений соответствующих десятичных 95 8разрядов блока формирования кодов р 1 с и (1-р) 1 с, разрядные выходы кода р 1 и кода (1-р) Е которого соединены соответственно с входами задания коэффициента деления делителя частоты н дополнительного делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход дополнительного делителя частоты соединен с первым входом дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с входом суммирования реверсивного счетчика, вход вычитания которого соединен с третьим входом шестого элемента И, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом дополнительного элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, прямой выход второго триггера соединен с вторым входом седьмого элемента И.1