Устройство для определения плотности вероятности случайного процесса

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 897 9) ьЫ 5/36 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ченко,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТ(71) Московский институт инженеров гражданской авиаций(56) Авторское свидетельство СССР М 648990, кл. 6 06 Р 15/36, 1977.Авторское свидетельство СССР М 1078436, кл. 6 06 Г 15/36, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ВЕРОЯТНОСТИ СЛУЧАЙНО ГО ПРОЦЕССА(57) Изобретение относится к вычислитель ной технике и предназначено для определе ния статистических характеристик случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит тактовый генератор 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блоки памяти 3 и 23, блок элементов ИЛИ 4, элемент 5 задержки, амплитудные дискриминаторы 6 и 7, сумматоры 8 и 24, группы элементов 9 деления, блок 10 определения экюремальных значений, блок 11 деления, счетчик 12, регистр 13, блоки 14, 15, 16 сравнения, элементы И 17 и 18, формирователь 19 импульса, элементы ИЛИ 20 и 21, блок 22 оценки плотности вероятностй, реверсивный счетчик 25, коммутатор 26. Повышение точности достигается путем адап-тации параметров устройства к условной 3 плотности вероятности случайного процесса. 2 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для определения статистических характеристик случайных процессов,Цель изобретения - повышение точности.На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения плотности вероятности случайного процесса; на фиг. 2 - то же, блока оценки плотности вероятности,Устройство для определения плотности вероятности случайного процесса (фиг. 1) 5 10 содержит тактовый генератор 1, аналогоцифровой преобразователь 2, первый блок 3 памяти, блок 4 элементов ИЛИ, элемент 5 задержки, первый 6 и второй 7 амплитудныедискриминаторы, сумматоры 8, группы 9 элементов деления, блок 10 определения экстремальных значений, блок 11 деления, счетчик 12, регистр 13, первый 14, второй 15 и третий 16 блоки сравнения, первый 17 и второй 18 элементы И, формирователь 19 импульса, второй 20 и первый 21 элементы ИЛИ, блок 22 оценки плотности вероятно 15 20 Блок оценки плотности вероятности(фиг, 2) содержит элементы И 27, счетчики 28, элементы 29 деления, сумматор 30.Устройство работает следующим обра, зом.Принцип повышения точности основанна выборе (автоматическом) интервала за 30 держки (вединицах. тактовых импульсов с блока 1 -такого, что функция условной плотности вероятности достаточно полно располагается в диапазоне измерения устройства, и в то же время - достаточно равномерно, т,е. занимает большинство отсчетнцх точек ( и). Этот диапазон в устройстае определяется амплитудными дискриминаторами.В данном устройстве осуществляется подстройка его параметров под отношение максимального и минимального значений плотности 1-й (по выбору пользователя перед измерением, 1 = 1, и) условной вероятности и эта подстройка, как указано выше, способствует повышению точности измерения,Начальное состояние узлов устройства: содержимое всех ячеек блоков памяти нулевое, счетчик 12 в нулевом состояний, состояние реверсивного счетчика 25 соответствует числу тактов, определяемых элементом 5 задержки, счетчики блока 22 55 обнулен ы, содержимое регистра 13 - также нулевое,На первом этапе измерения на вход аналого-цифрового преобразователя посту сти, второй блок 23 памяти, и+1-й сумматор 2524, реверсивный счетчик 25, коммутатор 26. пает реализация случайного процесса, и одновременно на вход "Запись-считывание" устройства - сигнал записи (его длительность равна длительности реализации случайного процесса). Отсчеты случайного процесса записываются в первы; блок памяти по адресам, формируемым счетчиком 12, последовательно инкрементирующемся от генератора 1; и во второй блок памяти по сдвинутым на К(начальный интервал задержки втактовых импульсах) относительно адресов блока 3 адресам, формируемым сумматором 24 по содержимому счетчика 12 и реверсивного счетчика 25. Одновременно отсчеты случайного процесса поступают через блок 4 на первый дискриминатор 6 и через элемент задержки 5 и коммутатор 26 (он по сигналу записи переключает выход элемента задержки 5 к входу второго дискриминатора 7) - на вход второго дискриминатора.С каждым входным отсчетом на соответствующих выходах первого и второго дискриминаторов 6 и 7 появляются сигналы, которые свою очередь вызывают появление сигнала на выходе соответствующего элемента И 27 ) блока 22, в результате чего соответствующий счетчик 28 Ц инкрементируется на ед 1 ницу.После окончания реализации.со входа "Запись-считывание" устройства снимается сигнал записиВ этот момент формирователь 19 выдает импульс, записывающий со-. держимое счетчика 12 в регистр 13, фиксируя таким образом длительность данной реализации. Этот же сигнал с формирователя 19 разрешает через элемент ИЛИ 21 анализ состояния элементов 15 и 16.При поступлении отсчетов непрерывно функциоНируют элементы 29 Ц деления ( = -1, и:1= 1, я), сумматоры 8, группы блоков 9 деления, блоки 10 и 11, блоки 15 и 16 сравнения. На перечисленных блоках непрерывно формируются текущие значения соответствующих сигналов. Однако интерес для функционирования устройства в целом эти сигналы представляют в момент окончания первого и, возможно, последующих этапов измерения, Этот момент определяется сигналом с элемента ИЛИ 21, и в этот момент на выходах элементов 29 Ц деления сформированы значения двумерной плотности вероятности, на выходах сумматоров 8- значения одномерной плотности вероятности (по диапазонам амплитудных дискриминаторов), на выходах блоков 9 Ц деления -= 1, и) - значения условной плотности вероятности при 1-м значении случайного процесса, 1698897510 15 20 25 30 35 40 50 После окончания первого этапа измерения характеристик реализации на выходах блока 10 сформированы минимальное и максимальное значения условной плотности вероятности для 1-го диапазона амплитуды. Блок 11 деления определяет отношение этих значений.Это отношение, как показано выше, имеет оптимальное значение для достижения высокой точности измерения и зависит от величины задержки.Если отношение меньше нижнего порога (определяемого пользователем) по сигналу с формирователя 19 и элемента 21 срабатывает элемент И 18 и инкрементирует (увеличивает) на единицу содержимое реверсивного счетчика 25. При дальнейшей работе сдвиг анализируемых адресов первого и второго блоков памяти (что соответствует задержке) увеличивается, При дальнейших этапах анализа это способствует "сужению" графика условной плотности вероятности в диапазоне измеряемых значений и увеличению отношения на дальнейших этапах анализа. Аналогично, если отношение больше верхнего порога (также определяемого пользователем) срабатывает элемент И 17 и декрементирует содержимое реверсивного счетчика на единицу, что в дальнейшем способствует осуществлению обратного процесса - уменьшению отношения, т.е. "расширению" графика условной плотности вероятности, если он при первом этапе измерения был сосредоточен в узкой области всего диапазона уровней измеряемого устройства.При срабатывании одного из элементов 17 или 18, что означает неоптимальное значение отношения максимального значения условной плотности вероятности к минимальному, появляется сигнал на выходе элемента 20, что говорит о незаконченности (в смысле достижения оптимальной точности) процесса измерения,Сигналом с элемента 21 сбрасывается в нулевое состояние счетчик 12 и счетчики блока 22, Начинается (при наличии сигнала с элемента 20) следующий этап измерения.Поскольку на втором (и последующих) этапах измерения отсутствует сигнал записи, на блок 6 поступают сигналы с блока 3 памяти (они одинаковы для всех этапов), а на дискриминатор 7 - сигналы с второго блока 23 памяти через коммутатор, сдвинутые на один такт задержки в большую или меньшую сторону относительно предыдущего этапа измерения в соответствии с результатами анализа отношения значений на элементах 15 и 16 (это сдвиг реализуется изменением содержимого реверсивного счетчика). В остальном процесс измерения на втором и последующих этапах аналогичен процессу первого этапа за исключением того, что сигнал анализа вырабатывается на втором и последующих этапах первым блоком 14 сравнения в момент равенства содержимого счетчика 12 и регистра 13, после чего счетчик 12 снова сбрасывается.При нескольких этапах измерения, реализующих итеративную процедуру достижения оптимального (по точности,определяемой графиком условной плотности вероятности) значения интервала задержки, график 1-ой условной плотности вероятности, принятой в качестве эталона достижения требуемой точности измерения, монотонно "сжимается" или "растягивается" по диапазону уровней, определяемых амплитудными дискриминаторами (их диапазоны всегда идентичны) относительно предыдущих этапов.Процесс измерения (с условием достижения оптимальной точности) заканчивается в тот момент, когда при наличии сигнала с элемента 21 отсутствует сигнал на элементе 20, что соответствует нахождению отношения максимума и минимума в области значений между порогами,Текущая информация на произвольном этапе измерения может быть снята по сигналу с элемента 21.Значениетекущего интервала задержки (выраженное в числе тактовых импульсов) может быть снято в любой текущий момент с реверсивного счетчика 25.Устройство функционирует адаптивно и к длине интервала реализации - число отсчетов на первой ступени фиксируется в регистре 13 и в дальнейшем остаетсянеизменным для данной реализации. Формула изобретения Устройство для определения плотности вероятности случайного процесса, содержащее два амплитудных дискриминатора, коммутатор, элемент задержки, первый блок. сравнения, и сумматоров (и - количество оценок) и.блок оценки плотности вероятности, содержащий сумматор и и каналов, причем каждый 1-й канал ( - 1, и) содержит (и+1)- элементов И, счетчиков и элементов деления, счетный вход каждого счетчика 3-го канала соединен с выходом соответствующего элемента И своего канала, вход делимого элемента деления каждого канала соединен с выходом соответствующего счетчика своего канала и с соответствующим входом сумматора, выход которого подключен к входам делителя элементов деления всех каналов,1-й выход первого амплитудного дискриминатора подключен к первым входам элементов И 1-го канала бло 1698897ка оценки плотности вероятностей, -й выход второго амплитудного дискриминатора подключен к вторым входам -х элементов И всех каналов блока оценки плотности вероятностей, выход К-го элемента деления (К= 1, и+1-) -го канала блока оценки плотности вероятностей соединен с К-м входом -го сумматора, выход элемента задержки соединен с первым информационным входом коммутатора, выходы сумматоров являются выходами значений одномерной плотности вероятностей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены аналого-цифровой преобразователь, два блока памяти, тактовый генератор, регистр, счетчик, реверсивный счетчик, формирователь импульса, блок элементов ИЛИ, (и+1)-й сумматор, два элемента И, два элемента ИЛИ, два блока сравнения, блок определения экстремальных значений, блок деления, и групп из и элементов деления и в каждый 1-й канал блока оценки плотности вероятностей введены -1 дополнительных элементов И, счетчиков и элементов деления, причем в блоке оценки плотности вероятностей счетный вход каждого дополнительного счетчика -го канала соединен с выходом соответствующего дополнительного элемента И своего канала, выход дополнительного счетчика каждого канала - с входом делимого дополнительного элемента деления своего канала и с соответствующим входом сумматора, выход которого подключен к входам делителей дополнительных элементов деления всех каналов, первые входы дополнительных элементов И -го канала блока оценки плотности вероятностей подключены к -му выходу первого амплитудного дискриминатора, вторые входы -х дополнительных элементов И всех каналов блока оценки плотности вероятностей соединеныы с -м выходом второго амплитудного дискриминатора, выход ц-го (ц 1, -1) дополнительного элемента деления -го канала блока оценки плотности вероятностей подключен к (К+ц)-му входу -го сумматора, выходы элементов деления -го канала блока оценки плотности вероятностей подключены соответственно к входам делимого элементов деления -й группы, входы делителей элементов деления -й группы соединены с выходом -го сумматора, информационный вход аналого-цифрового преобразователя является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока элементов ИЛИ и с информаци сравнения являются входами задания соответственно верхнего и нижнего пороговых 55 значений устройства, выходы элементов деления групп являются выходами условнойплотности вероятности устройства. 10 15 20 25 3035 40 4550 онными входами первого и второго блоков памяти, выход первого блока памяти подключен к второму входу блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом элемента задержки и с входом первого амплитудного дискриминатора, выход второго блока памяти соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого подключен квходу второго амплитудного дискриминатора, вход "Запись-считывание" устройства соединен с входами "Запись-считывание" первого и второго блоков памяти, с входом запуска формирователя импульса и с управляющим входом коммутатора, выход тактового генератора подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, к тактовому входу элемента задержки и к счетному входу счетчика, выход которого соединен с адресным входом первого блока памяти, первым входом (и+1)-го сумматора, первым входомпервого блока сравнения и с информационным входом регистра, выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, выход которого соединен с первым .входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом формирователя импульса и с входом записи регистра, а выход - с первыми входами первого и второго элементов И, с входом сброса счетчика и с входами сбросасчетчиков блока оценки плотности вероятностей, выходы элементов деления -й группы ( - значение уровня условий плотности вероятности) соединены соответственно с входами блока определения экстремальных значений, выходы максимального и минимального значений которого подключены соответственно к входам делимого и делителя блока деления, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего блоков сравнения, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам второго элемента ИЛИ и соответственно к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом (п+1)-го сумматора, выход которого подключен к адресному входу второго блока памяти, вторые входы второго и третьего блоков, ул,Гагари з 4397 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113038, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5