Адаптивное устройство для сглаживания случайных процессов

СОК)З СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 19) (11) 4 С 06 Г 15/ ИЯ ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР В 769551, кл. С 06 Р 15/36, 1980.Авторское свидетельство СССР У 619924, кл. С 06 Е 15/36, 1978. (54)(57) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СГЛАЖИВАНИЯСЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ,содержащее первый и второй счетчики, первый регистр, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены сумматоры, триггер, второй регистр, блок умножения, релейный блок, дешифратор, блоки задания максимальной длины серии, максимального и.минимального числа серий и шага, блок определения поправки коэффициента сглаживания, содержащий компараторы, элементы И, элемент ИЛИ, блоки элементов И, сумматоры и блок элементов НЕ, первые входы первого и второго сумматоров блока определения поправки коэффици" ента сглаживания объединены с первыми входами первого сумматора и блока умножения и подключены к выходу первого регистра, вторые входы первого и второго сумматоров, информационный вход первого блока элементов И и вход блока элементов НЕ блока определения поправки коэффициента сглаживания объединены и соединены с выходом блока задания шага, первый и второй входы первого компаратора подключены к выходам первого счетчика и блока задания максимальной длины серии, выход первого компаратора соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого блока элементов И, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора блока определения поправоккоэффициента сглаживания,второй вход которого соединен свыходом второго блока элементов НЕ, информационный вход которого подключен к выходу блока элементов НЕ, управляющий вход второго блока элементов И соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго компаратора, второй вход второго элементаИ объединен с вычитающим входом второго счетчика и соединен с выходом третьего компаратора, первый и второй входы которого подключены к выходу блока задания максимального числа серий и к выходу второго счетчика соответственно, выходы первого и второго сумматоров блока определения мед).лравки коэффициента сглаживания 4соединены с первыми входами второгокафф и четвертого компараторов соответст- Яб венно, вторые входы которых являются входами задания нуля и единицы уст Яд ройства соответственно, второй вход первого элемента И подключен к выходу четвертого компаратора, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом пятого компаратора, первый и второй входы которого подключены к выходу второго счетчика и выходу блока зада ния минима,пьного числа серии соответственно, выход третьего сумматора блока определения поправки коэффициента сглаживания соединен с вторым входом первого сумматора, выход ко 141 торого подключен к входу первого регистра, информационный вход устройства соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока умножения и входу релейного блока, выход которого подключен к первому входу, дешифратора, второй вход которого соединен с выходом триггера, счетный вход которого объединен со счетным входом второго счетчика и входом 8752сброса первого счетчика и подключенк первому выходу дешифратора, второйвыход которого соединен со счетнымвходом первого счетчика, выход блокаумножения подключен к первому входутретьего сумматора, выход которогосоединен с входом второго регистраи является выходом устройства, выходвторого регистра подключен к вторымвходам второго и третьего сумматоров.1.Изобретение относится к специализированным цифровым вычислительным устройствам, предназначенным для ,вычисления статистических характеристик нестационарных случайных процессовЦель изобретения - .повышение точности.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- функциональная схема блока определения поправки коэффициента сглаживаниявУстройство содержит сумматор 1, блок 2 умножения, сумматор 3, регистр 4, релейный блок 5, дешифратор 6, счетчики 7 и 8, триггер 9, блок 10 определения поправки коэффициента сглаживания, блоки задания максимальной длины серий 11, минимального числа серий 12, максимального числа серий 13, шага 14, сумматор 15, регистр 16, блок 10 содержит сумматоры 17 и 18, компараторы 19-23, элемент ИЛИ 24, элементы И 25 и 26, ,блоки 27 и 28 элементов И, блок 29 элементов НЕ, сумматор 30, выход 31 поправки коэффициента сглаживания, выход 32 коррекции числа серий.Устройство реализует соотношениеш=ш,+а,(х - ш 1), (1) где а . - сглаженное значение нестаИционарного случайного процесса;х - текущее значение случайногопроцесса;а " коэффициент сглаживания(О 4 аб 1):и - дискретное время. 2Под понятием серии подразумеваютподряд идущие отклонения одного зна. ка текущих значений нестационарногослучайного процесса от его сглаженных значений. Под длиной серии 1понимают число рассматриваемых отклонений. Количество серий Копределяют как число серий, появившихсяс момента времени 0 по момент време ни и. Вводят переменную-индикатор,которая равна +1, если знак отклоне"ния, предшествующего текущему, положителен, и,- 1 в противном случае.Формальные выражения для определениядлины серии и количества серий можно записать следующим образом:1 в 1 в (2)Кь+, = К если ч.-зхдп(х+, -ш);(3)К и+ =Кесли ч. = -, Б 1 рп (х - ш).ь+1 25Т.е. в случае сохранения знака отклонений длины серии увеличивается на единицу, а количестно серий остается постоянным. В случае измененйя знака отклонений начинается новая серия, причем число серий увеличи-вается на единицу, а индикатор меняет знак.Как длина серии, так и количество серий характеризуют корректность определения сглаженного значения 35 нестационарного случайного процесса.При корректном определении сглаженного значения должны выполняться условия1 ь с 1 мюкс(4)КмцнКлКмакср (5)где 1- максимальная статическиобоснованная длина серии для данного шага оценивания;КмииКмакг минимальное и максимальное статически обоснован- ные количества серий для данного шага оценивания.Неравенства (4) и (5) содержательно интерпретируются следующим образом. Большая длина серии или ма" лое кбличество серий свидетельствуют об "отставании" оценки сглаженного значения нестационарного случайногопроцесса от его истинного значения, а большое количество серий - о слежении рассматриваемой оценки за процессом. В обоих указанных случаях снижается точность оценки сглаженного значения нестационарного случайного процесса. С целью повышения точности этой оценки в предлагаемом адаптивном сглаживающем фильтре применяется адаптация коэффициента сглаживания по правилама и+=а+да, если (К с К Ч 1аь=а -да, если КК, л а- -да 0; (7)а +, =а, если. выполняются (4) и (5). (8)Для расширения функциональных возможностей процедуры адаптации в случае выполнения (7) дополнительно корректируют .число серий+ 1 = К(9)Таким образом, в устройстве осуществляется обработка нестационарных случайных процессов путем адаптации коэффициента сглаживания с учетом длины серии, количества серий и огра. ничений на эти характеристики, в результате чего, расширяются функциональные возможности и повышается точность устройства.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии устанавливают начальные значения сглаженного значения нестационарного случайного процесса и коэффициента сглаживания (О 4 а ( 1) соответственно в первом 4 и втором 16 регистрах. Начальное состояние триггера 9 произвольно. На счетчиках 7 и 8 устанавливаются нули.10 15 2 О После подачи первого значения не- стационарного случайного процесса х в сумматоре 1 из него вычитается начальное значение ш поступающее с выхода регистра 4. С выхода сумматора величина,х-шо поступает в блок 2 уйножения, где находится ее произведение с коэффициентом сглаживания а, поступающим с выхода регистра 16. В сумматоре 3 произведение а (х,-во), поступающее с выхода блока умножения, суммируется со сглаженньщ значением с выхода регистра 4, и полученное значение является новой оценкой сглаженного значения и записывается в регистр 4.Блоки 5 - 10, 15 и 16 образуют контур адаптации коэффициента сглаживания, а блоки 1 - 4 контур сглалптвания. Разность х - ш поступает в .орелейный блок 5, где определяется функция зхцп (х-щ ), значение которой поступает на первый вход дешиф 25 ратора б, На второч вход последнего поступает значение пеоеменнойиндикатора с выхода триггера 9. Приравенстве сигналов с релейного блока 5 и триггера 9 на первом выходе. ЗО дешифратора 6 появляется сигнал, который после попадания на.первый входсчетчика 7 приводит к увеличениюего показаний на единицу. При неравенстве сигналов с релейного блока 5и триггера 9 на втором выходе дешифратора б появляется сигнал, которыйпосле попадания на второй вход счетчика 7 приводит к его сбросу, послепопадания на первый вход счетчика 4 О 8 приводит к увеличению его показаний на единицу и после попаданияна вход триггера 9 переводит его вновое устойчивое состояние (формируя новое значение переменной-индп катора).В таблице приведены состояния входов дешифратора б.Таким образом, дешифратор б посвоему первому выходу реализует логи О ческую Функцию "Равнозначность", апо второму выходу - логическую функцию "Неравнозначность",Блок 10 реализует выражения (б)(8), формирует значение корректируощей добавки коэффициента сглаживания (+ Л а или О) и Формирует коррек"- тировку числа серий в соответствиис (9). С этой целью на него постуВходы дешифратора Первый Второй 1 Второй О0 пают значения длины серии с выхода первого счетчика 7, количества серий со второго счетчика 8, 1 д, с блокаКмцн с блока 12, К сс блока 13,. йа с блока 14 и ао с выхода регистра 16 соответственно на входы с первого по седьмой.Сумматоры 17 и 18 позволяют определить суммы а, + да и а- г а соответственно. Компаратор 19 позволяет проверить неравенство 1 7 1 м Компаратор 20 позволяет проверить неравенство КоК,чн, Компараторы 21 и 22 проверяют неравенства а, + + да 61 и а - да0 соответственно, а компаратор 23 проверяет неравенство К, 1 К ,. Выход компаратора 23 является одновременно вторым выходом блока 10, В результате функционирования элементов 24-26 возникают следующие состояния на выходе сумматора 30, являющемся первым выходом блока 10 если выход элемента И 26 истина и выход элемента И 25 ложь, блок 27 открывается, блок 28 остается закрытым и на выходе сумматора 30 появляется сигнал 3 а;если выход элемента И 26 ложь и выход бло ка элемента И 25 истина, блок 27 остается закрытым, блок 28 открывает. - . ся и на выходе сумматора 30 появляется сигнал - ьа; если выходы эле 18752 бментов И 26 и 25 ложь, блоки 27 и 28остаются закрытыми и на выходе сумматора 30 сигнал отсутствует.Величина коррекции поступает спервого выхода блока 10 на первыйвход сумматора 15, где суммируется свеличиной а, поступившей через второй вход сумматора 15 с выхода ре гистра 16. Откорректированное (а возможно .и прежнее) значение коэффициента сглаживания а записывается свыхода сумматора 15 в регистр 16,Если на первом выходе блока 10 появ" 15 ляется величина коррекции - Ла, свторого его выхода на второй входсчетчика 8 поступает сигнал, приводящий к уменьшению значения на счетчи-ке на единицу.20На первых шагах оценки сглаженного значения нестационарного случайного процесса задаваемые значения1 моас Киин Кмсдля контура адаптации подбираются так, чтобы избежатьчрезмерных колебаний коэффициентасглаживания. Это необходимо поскольку на начальных шагах не набран достаточный статистический материал ЗО для адаптации.Все итерации, следующие за первой,производятся устройством аналогичнопервому шагу.Составит Техред М И Луканич дактор И.Горн С,Черни ре 04 Заказ 4156 4 ВН 113 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектн Тираж ИИПИ Государст делам иэобр Москва, Ж7 Подписноеенного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д, 4/5