Устройство для определения интервалов стационарности дискретных случайных процессов

ОП ИСАНИЕИ ЗОБ ееЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтскикСоциапистичвскииРеспублик(22)Заявлено 29,12,80 (21) 3227042/18-24с присоединением заявки (23) Приоритет(51)М. Кл, 6 06 Г 15/36 Ьеударстеаиаый комитет СССР ио делам изебретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Ыэ в(71) Заявитель Рижский Краснознаменный институт инженеро гражданскойавиации им. Ленинского комсомола(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ СТАЦИОНАРНОСТИ ДИСКРЕТНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ1Изобретение относится к специализированным средствам, вычислительной техники и может быть использовано для исследования случайных процессов.Известны устройства для определе-,. ния стационарности дискретных случай-ных процессов, реализующие непараметрический способ оценивания постоянства среднего значения исследуемого случайного процесса. Эти устройства не обеспечивают высокую оперативность определения интервалов стационарности, в темпе с поступающей информа" цией, так как по имеющейся реализации необходимо найти сначала оценку медианы процесса, затем, путем сравнения этой оценки с отсчетами реалиэациии, сформировать последовательность групп ( серий), подсчитать их число и, путем сравнения этого чис- щ ла с табличным, определить стационарность процесса 1 1 и 12.Однако необходимость записи, хранения, реализации случайного процес-,2са, а также последующая обработка ее определяют сложность укаэанных устройств.Наиболее близким по техническойе сущности к предлагаемому является техническое рещение, имеющее входное устройство, в котором определяются текущие характеристики исследуемого случайного процесса, осуществляется его центрирование и нормирование, формирователь коэффициента разложения, выходной сигнал которого соответствует тренду центрированного и нормированного случайного процесса, пороговый элемент, который путем сравнения сигнала, харак.еризующего тренд, и сигнала, характеризующего погрешность измерений, фиксирует участки постоянства среднего значения процесса и величину среднего значения процесса на этом участке 1,3.Известное устройство позволяет оценить стационарность только непредискретные соответств ядка; 3 9 Й 017 рывных случайных сигналов, что сужает область его применения, Использование в устройстве для определения текущих оценок математического ожидания метода "скользящего среднего"5 обеспечивает нахождение оценок и. при линейном характере изменения математического ожидания. Последующее центрирование процесса исключит тренд из обрабатываемой реализации, кото О рая может считаться стационарной.Тем самым не обеспечивается высокая точность определения стационарности. Определение стационарности предшествует нахождению статистических харак теристик случайного процесса (корреляционных Функций, спектральных плотностей и др,), что требует фиксирования не только среднего значения процесса, но и самой реализации ис 20 следуемого процесса на интервале стационарности, что не обеспечивает известное устройство. Цель изобретения - повышение точности работы устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее вычислитель дисперсии, блок деления и формирователь коэффициента разложения, вы 30 ходы вычислителя дисперсии и юрмирователь коэффициента разложения, подключены к входам порогового элемента соответственно, дополнительно содержит накапливающий сумматор текущих35 значений и блок коммутатора, первыи вход которого, вход накапливающего сумматора, вход Формирователя коэффициента разложения и вход вычислителя дисперсии подключены к входу устройства, второй вход выходного блока40 соединен через блок деления с первым выходом накапливающего сумматора текущих значений, второй выход которого соединен с вторым входом формирователя коэффициента разложения, выход45 порогового элемента подключен к управляющим входам накапливающего сумматора текущих зйачений, блока деления, блока коммутаторов, вычислителя дисперсии и формирователя коэффициента разложения.формирователь коэффициента разложения содержит последовательно соединенные первый блок умножения, накапливающий сумматор,.второй блок умно жения, сумматор и третий блок умножения, управляющие входы которых подключены к управляющему входу формирователя коэффициента разложения, входпервого блока умножения соединен спервым входом формирователя коэффициента разложения, другой вход сумматора является вторым входом Формирователя коэффициента разложения, авыход третьего блока умножения подключен к входу формирователя коэффициента разложения,Блок коммутаторов содержит двакоммутатора, информационный входкаждого из которых является соответствующим входом блока, управляющиевходы коммутаторов соединены с управляющим входом блока коммутатора, выходы коммутаторов являются соотве 1 ствующими выходами блока.Введение в устройство блока деления с накапливающим сумматором текущих значений позволяет выделитьпостоянную составляющую случайногосигнала, которая характеризует среднее значение исследуемого сигнала,Параллельное подключение к входуустройства блока умножения с накапливающим сумматором текущих значенийи Формирователя коэффициента разложения позволяет одновременно выделить постоянную составляющую иссле-.дуемого процесса (сигнала) и составляющую, характеризующую тренд, чтоповышает точность и оперативностьопределения интервалов стационарности в исследуемом сигнале, Подключение к входу устройства выходного блока обеспечивает также одновременное формирование реализацииисследуемого случайного процессана интервале стационарности.Использование указанных выше устройств для выделения составляющихисследуемого случайного сигнала позволяет представить оценку среднегозначения соответствующего дискретного случайного процесса в следующейФорме: где М) - среднее значение случайного процесса Х(1 Т)чо Х) -Фсй+12,ртонормированные полиномно нулевого первого по/ с( (2) На фиг.1 представлена блок-схема30 устройства; на Фиг,2- схема формирователя коэффициента разложения; на фиг.3 - схема блока коммутаторов. й О,В, =21 ХОТ),В 1-0(6) через блок 9 умножения поступает навторой вход сумматора 10, на первыйвход которого подается сигнал с выхода накапливающего сумматора 1. Вы" ходной сигнал сумматора 10, пройдя блок 11 умножения, будет соответствовать коэффициенту К в разложении (1), т.е,О м:/ ц1,3 Ч+1) ( М+ 2)хЕ( )хт),Этот сигнал поступает на первый вход порогового элемента. 5, а на второй его вход поступает сигнал с еычислителя 6 дисперсии, Путем сравнения этих сигналов при условии выполнения ,неравенства ( 2 ) осуществляется формирование оценок среднего значения исследуемого процесса ( на первом вы 5) С (О,М) - момент наблюдения исследуемого процесса на интервале стационарности;Т - период дискретности.Точность оценки среднего значения 5 на интервале стационарности, учитывая, что 1. (1,М) 1 определяется значением , т.е. коэффиициентом разложения, характеризующего величину тренда в наблюдаемой реализации слу чайного процесса. Бсли погрешность измерения (дисперсия) исследуемого процесса б известна, то выполнение условия где Я" - эмпирический коэффициент, определяющий требования по точности (руг Яобеспечит постоянство среднего значения исследуемого дискретного20 случайного процесса, Для оценки среднего значения процесса используется выходной сигнал накапливающего сумматора, пропущенный через соответствующие блоки умножения, т.е.,ВхИ=,-сСрх). (з) Устройство для определения стационарности случайного процесса содержит накапливающий сумматортекущих значений, блок 2 деления, блок3 коммутаторов, формирователь 1 коэффициента разложения, пороговый эле 40мент 5 и вычислитель 6 дисперсии,Формирователь коэффициента разложения в базисе дискретных нестационарных ортонормированных полиномов Лежандра содержит первый45блок 7 .умножения, накапливающиисумматор 8, второй блок 9 умножения, третий блок 11 умножения, сумматор 10, Блок коммутаторов содержит коммутаторы 12 и 13,50Устройство работает следующим образом.Исследуемый случайный сигналХ(Т) поступает одновременно на входынакапливающего сумматора 1 текущихзначений, формирователя ч коэффици 55ента разложения, блока 3 и вычислитель 6 дисперсии. В блоке комму"таторов этот сигнал поступает на 6первый выход коммутатора 12. Накапливающие сумматорыи 8 осуществл ют суммирование поступающих сигналов в соответствии с выражениями1 хО = 2 Х(4 Т)1 1=0 (1)ыОвы= 2 ЙИТ),1=0где М - число отсчетов процесса . на интервале стационарности.Сигналы с выходов накапливающйх сумматоров 1 и.8 поступают соответственно на входы блоков 2 деления и 9 умножения, которые, как и блоки11 умножения, включаются в работу с некоторой задержкой, необходимой для получения первой текущей оценки (например, при М = 3)Сигнал с выхода блока 2 деления определяется выражениемв =Е)И, Ю1=0 который характеризует среднее значение исследуемого процесса, поступает на первый вход коммутатора 13. На первый вход коммутатора 12 посту.- пает исследуемый сигнал Х(1 Т).Подключение входов коммутаторов к соответствующим выходам осуществляется сигналом с выхода порогового элемента.Выходной сигнал накапливающего сумматора 8, определяемый выражением-5 20 25 зо ходе коммутатора 13 (Фиг.3) и реализации случайного процесса М(1 Т) на исследуемом интервале (на первом выходе коммутатора 12 ). Если неравенство (, 2 ) не выполняется, т.е. сигнал с выхода Формирователя 4 превышает уровень сигнала с выхода вычислителя дисперсии 6, что свидетельствует о нарушении стационарности процесса, то с порогового элемента 5 поступает сигнал на управляющий вход блока 3, блоки 7, 9 и 11. В соответствии с этим сигналом коммутаторы 12 и 13/подключают свои входы к вторым выходам, а блоки 7,9 и 11 умножения, сум маторы 1,8 и 10 устанавливаются в исходное состояние и начинается исследование следующего интервала реализации случайного процесса.Таким образом, рведение новых элементов в устройство позволяет повысить точность его работы и использовать для исследования постоянства среднего значения моментов более высокого порядка дискретных случайных процессов. Предлагаемое устройство также может найти применение для определения статистических характеристик случайных процессов в различных областях науки и техники, для идентификации динамических объектов. йы к входу устройства, второй входблока коммутаторов соединен черезблок деления с первым выходом накапливающего сумматора текущих значенийвторой выход которого соединен с вторым входом формирователя коэффициента разложения, выход пороговогоэлемента подключен к упровляющимвходам накапливающего сумматора текущих значений, блока деления, блокакоммутаторов, вычислителя дисперси 1:и формирователя коэффициента разложения,2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что формировател- Коэффициента разложения содержит последовательно соединенные первый блок умножения, накапливающий сумматор, второй блок умножения, сумматор и третий блок умножения, управляющие входы которых подключены к управляющему входу формирователя коэффициента разложения, вход первого блока умножения соединен с первым входом формирователя коэффициента разложения, другой вход сумматора является вторым входом формирователя коэфФициента разложения, а выход третьего блока умножения подключен к выходу Формирователя коэффициента разложения.Формула изобретения 1. Устройство . для определения интервалов стационарности дискретных случайных процессов, содержащее вычислитель дисперсии, блок деления и фор о мирователь коэффициента разложения, выходы вычислителя дисперсии и формирователь коэффициента разложения, подключены к входам порогового элемента соответственно, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы, оно дополнитель но содержит накапливающий сумматор текущих значений и блок коммутаторов, первый вход которого, вход накапливающего сумматора, первый вход Формирователя коэффициента разложения и вход вычислителя дисперсии подключе 3 Устройство по и 1 о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок коммутаторов содержит два коммутатора, информационный вход каждого из которых является соответствующим входом блока, управляющие входы коммутаторов соединены.с управляющим входом блока коммутатора, выходы коммутаторов являются.соответствующими выходами блока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе г1. Авторское свидетельство СССРУ 416699, кл, 006 Р 15/36, 1974.2. Авторское свидетельство СССРМ 453699, кл. 6 06 Г 15/36, 19743. Авторское свидетельство СССРй 470787, кл. С 05 В 13/02, 1975