Устройство для определения интервалов стационарности случайных процессов

(прототип),8 ,Ребрик тельство СС52, 1980 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГП 4 И(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯИНТЕРВАЛОВ СТАЦИОНАРНОСТИ СЛУЧАЙНИХ ПРОЦЕССОВ по авт.св, Р 935983,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности определения.интервалов стационарности случайного процесса произвольногообъема путем дополнительной проверки гипотезы на стационарность подисперсии, оно дополнительно содержит центрирукщий Фильтр, блок принятия решения, состоящий иэ двух элементов ИЛИ, второй генератор синхроимпульсов, второй ключ, второй аналоговый блок памяти, состоящий из последовательно соединенных ячеекпамяти, второй регистр, дополнительные компараторы, третий и четвертыйсчетчики, второй цифроаналоговыйпреобразователь, второй блок сравнения и второй блок формирования пороговых напряжений, причем вход уст-ройства через центри 1 укщий Фильтрсоединен с информационным входомвторого ключа, управлякщий вход которого подключен к первому выходу второго генератора синхроимпульсов,к счетному входу третьего счетчика импульсов и управлякщим входамячеек второго аналогового блокапамяти, информационный вход первойячейки памяти которого соединенс выходом второго ключа а установочные входы ячеек памяти второго аналогового блока памяти объединены с установочными входами третьего и четвертого счетчиков и подключены к первому выходу второго блока сравнения, выход первой ячейки второго аналогового блока памяти соединен с первыми входами дополнительных компарато 1 ов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, второго аналогового блока памяти, выходы дополнительных компараторов соединены с установочными входами соответствующих разрядов второго регистра, управлякщий вход которого соедипе с втор,м выходом второго генератора синхро- эР импульсов, выход второго регистра подключен к информационному входу четвертого счетчика, выход которого через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом второго блока сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выхбдам второго блока Формирования пороговых напряжений, первый вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй .и третий входы второго блока форми. рования пороговых напряжений являются соответственно четвертым и пятым входами устройства, третьи входы дополнительных компараторов подключены к первому выходу второго генератора синхроимпульсов, выходы первого блока сравнения соединены соответственно с первыми входами элементов ИЛИ блока принятия решения, выходы второго блока сравнения соединены соответственно с вторыми входами элементов ИЛИ блока принятия решения, а выходы элементов ИЛИ блока принятия решения являются выходами устройства.Изобретение относится к вичислительной технике и применяется при определении статистических харак терис тик случайных процессов, в частности для определения интервалов стационарности при произвольном распределении случайного процесса.По основному авт.св. Р 935983 известно устройство для определения интервалов стационарности случайного пррцесса, содержащее генератор синхроимпульсон, первый выход которого соединен с управлякщим входом ключа, информационный вход которого является первым входом устройства, и блок сравнения, два счетчика, ре гистр, аналоговый блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, компараторы и блок Формирования порого-. вых напряжений, первый и второй входы которого являются соответственно 20 вторым и третьим входами устройства, а третий вход соедйнен с выходом первого счетчика, счетный вход которого объединен с управляющим входом аналогового блока памяти и под ключен к первому выходу генератора синхроимпульсов, информационный вход аналогового блока памяти соединен с выходом ключа, а установочные входы аналогового блока памяти объединены с установочным входом первого счетчика и подключены к первому выходу блока сравнения, выход первой ячейки аналогового, блока памяти соединен с первыми входами компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, аналогового блока памяти, выходы компаратора соединены с установочными входами соответствующих разрядов регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора синхроимпульсов, выход регистра подключен к нходу второго счетчика, выход которого через циФроаналоговый преобразова тель соединен с первым входом блока сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второглу ныходам блока формирования пороговых напряжений Ц 50В известном устройстве блок Формирования пороговых напряжений содержит два сумматора, источник постоянного напряжения, масштабный усилитель, блок извлечения квад ратного корня, цифроаналоговый преобразователь и два блока умножения, первые входы которых являются соотнетственно первым и вторым входами блока формирования пороговых 60 напряжений, третьим входом которого является вход цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входам блока извлечения квадратного корня, и масштабного уси лителя, выход которого подключенк первым входам сумматоров, вторыевходы которых подключены к источникупостоянного напряжения, третьи входы перного и второго сумматоровсоединены соответственно с выходами первого и нторого блоков умножения, вторые нходы которых объединены и подключены к выходу блока извлечения квадратного корня, выходысумматоров являются соответственнопервым и нторым выходами блока Формирования порогового напряжения.Недостатком иэнестного устройства является относительно низкаяточность определения интервалов стацибнарности случайных процессов,обусловленная осуществлением проверки гипотезы на стационарностьтолько относительно среднего,Цель изобретения - повышение точности определения интервалов стационарности случайного процессапроизвольного объема путем дополнительной проверки гипотезы на стационарность по дисперсии.Поставленная цель достигается тем что устройство дополнительно содержит центрирующий Фильтр, блок принятия решения, состоящий из двух элементов ИЛИ, второй генератор синхроимпульсов, второй ключ, второй аналоговый блок памяти, состоящий из последовательно соединенных ячеек памяти, нторой регистр, дополнительные компараторы, третий и четнертый счетчики, второй цифроаналоговый преобразователь, второй блок сравнения и второй блок Формирования пороговых напряжений, причем вход устройства через центрирующий фильтр соединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к первому вьжоду второго генератора синхроимпульсов, к счетному входу третьего счетчика импульсов и упранляющим входам ячеек второго аналогового блока памяти, информационный вход первой ячейки памяти которого соединен с выходом второго ключа, а установочные входы ячеек памяти второго аналогового блока памяти объединены с установочными входами третьего и четвертого счетчиков и подключены к перному выходу второго блока сравнения, выход первой ячей ки второго аналогового блока памяти соединен с первыми входами дополнительных компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, второго аналогового блока памя ти, выходы дополнительных компараторов соединены с установочными входами соответствующих разрядов второго регистра, упранля 107692125 Устройство реализует непараметрический метод оценки гипотезы о ста,ционарности случайного процесса по 65 кщий вход которого соединен с вторым выходом второго генератора син-хроимпульсов, выход второго регистра подключен к информационномувходу четвертого счетчика, выходкоторого через второй цифроаналоговый преобразователь соединен спервьм входом второго блока сравнения, второй и третий входы которогоподключены соответственно к первому и второму выходам второго блока формирования пороговых напряжений, первыйвход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй и третий входы второго блока формирования пороговых напряжений являются состветственно четвертым и пятым входами устройства, третьи входы дополнительных компараторов подключены кпервому выходу второго генераторасинхроимпульсов, выходы первого 20блока сравнения соединены соответственно с первыми входами элементовИЛИ блока принятия решения, выходывторого блока сравнения соединенысоответственно с вторыми входамиэлементов ИЛИ блока принятия решения, а выходы элементов ИЛИ блокапринятия решения являются выходамиУстройства.На чертеже приведена структурная 30схема предлагаемого устройства,Устройство содержит вход 1, центрирущий Фильтр 2, первый и второйключи 3 и 32 с управляющими входами 4, первый и второй генераторы5 и 5 синхроимпульсов, первый итретий счетчики 61 и б , первыйи второй регистры 71 и 7 , компараторы 81 и дополнительные компараторы 8 , первый и второй аналоговыеблоки 9 и 92 памяти, второй и четвертый счетчики 10 и 10 , первыйи второй цифроаналоговые преобразователи 11 и 11, первый и второйблоки 12 и 12 сравнения, состоящиеиз компараторов 131, 13, 14, 14 45и элементов ИЛИ 15, 15, первыйи второй блоки 161 и 16 Формирования пороговых напряжений с входами17, 172, 181, 18, Умножители 194,19, сумматоры 204, 20, 21 и 2150умножители 21 и 212, источники 231и 23 постоянного напряжения, ци- .фроаналоговые преобразователи 24и 24, блоки 25,( и 252 извлеченияквадратного корня, масштабирующие 55усилители 261 и 2 б,блок 27 принятиярешения с элементамй ИЛИ 28 и 29 ивыходами 30 и 31. Соединение междусобой блоков 3-261 и 3 -26 одинаково и их совокуйность образует первый 321 и второй 322 блоки проверкигипотез. среднему и по дисперсии. Для этогоформируются две суммы числа инверсийнеупорядоченной статистическойвыборки случайного процессаи, и,-( ь,(,и,)=Е Е О);,Ч ) 1= 1=1 и 1 Ж)=,Е Г О(,;Я ),гдесоответственно ( -е и ) -е значения выборки случайного процессами .);соответственно ( -е и 1 .-е центрированные значения выборки случайного процесса ( ;П - число поступающих значенийвыборки.Значения сумм числа инверсий 7(и) и(и) сравниваются с порогами, которые определяются в соответствии с за данной ошибкой первого рода проверки гипотезы на стационарностьл си) ) Ги + где ь и с 1процентные точки биноминального распределения.Если одновременно выполняются не равенстваС, и) - ь (и)С, (,и)Си)6 ь (и)(С(и),то принимается Решение о стационар- ности выборки ;,;) случайного процесса Ч (Ц по среднему и дисперсии Если же условие (3) не выполняется, то с вероятностью ошибки первого рода К. выборка признается нестационарной. В этом случае, еслиС ( )( )( ) то трендубывающий (5)формирование значений в соответ-. ствии с условием (2) обеспечивает постоянство ошибки первогорода на любой длине выборки. Кроме того, формируя пороги согласно (2) и производя текущее сравнение числа инверсий с начала формирования выбор 1076921ки до момента невыполнения условия (3), можно определить интервалы стационарности случайного процесса, что решается следующим образом. Реализация (Ц случайного процессами(Ц с входа 1 устройства поступает на вход первого блока 32 проверки гипотезы и через центрирующий фильтр 2 - на вход второго блока 32 у проверки гипотез. Первый блок 32 проверки гипотез осуществляет про верку случайного процесса на стационарность относительно среднего, а второй блок 32 проверки гипотез относительно ди персии. Оба блока функционируют одинаково. Сигнал 15 поступает на один вход ключа 3, на другой вход которого от генератора 5 поступают импульсы с частотой сле . дования 1 р и на вход счетчика 6 который считает их число. При на личии синхроимпульса на входе ключа 3 и на его выходе образуется сигнал, равный значению выборки 1(11) илиИ) случайного процесса 1(Ц , которая поступает на 25 вход аналогового блока 9 памяти, который выполнен, например, на элементах с постоянной зарядовой связью. Число ячеек запоминающего блока 9 равно П, Значение поступившей выборки сначала записывается в первой ячейке, а под воздействием синхроимпульсов последовательно переносит-, ся в старшие ячейки, освобождая мес то для записи последующих значений Выборки. Таким образом, при первом синхроимпульсе в первой ячейке блока 9 памяти будет записано значение 1 И 1) или 3 (1 и все остальнье разряды пусты, а через интервал вре мени т = и. 1(1 р в нем, начиная с 40 младшей ячейки, будет записана всявыборка 1 и).,О .,), МидаМ" Э ):3С приходом синхроимпульсе одновременно содержимое ячеек поступает на входы компараторов 8, где производится их рравнение и фсрмирование инверсии 0(1), ) или 0 Я;). При каждом 50 цикле сравнения содержимое первой ячейки блока 9 сравнивается с содержимым остальных ячеек. Если, ),ф)ф то компаратор вырабатывает 1( содержимое старшего разряда), в 55 противном случае - О. Поэтому закон формирования инверсий компараторами 8 соответствует условию (1) даже при проведении сравнения содержимого первого разряда с разрядами, 60 в которых значения еще не записаны. Значения 1 или 0 поступают в один из разрядов регистра 7, на управлякщий вход которого от генератора 5 поступают синхроимпульсы с частотой А 5 яр, под их воздействием содержимое регистра 7 выдается на счетчик 10 числа инверсий . Так как частота описывания содержимого регистра 7 в Д раз выше частоты выборок, то к моменту проведения следующего цикла сравнения регистр 7 готов к записи очередных функций инверсий.Счетчик 10 производит подсчет числа импульсов с выхода регистра 7, т.е, считает текущее значение числа инверсийк Кк К. (к): р- и 1);)мв,(к) =Т."(Ч Ч 1) ъ1в с 1Преобразователем 11 это число преобразуется в напряжение и выдает ся на вход блока 12 сравнения, где оно сравнивается с текущими порогами(п;)иС (и;)С(и),Вычисление текущих порогов выполняет блок 16 формирования пороговых напряжений, который функционирует следукщим образом, Число импульсов, сосчитанное счетчиком 6,поступает на вход преобразователя24, на выходе которого образуетсянапряжение, пропорциональное П,. Этонапряжение подается на входы блока25 вычисления квадратного корня имаадтабирующего усилителя 26 с коэф.фициентом усиления К в , Напряжениегс выхода блока 25, пропорциональноеподается на один иэ входовумножителей 19 и 22, на другой входкоторых поступает напряжение, пропорциональное значению 7/7 ис 7 соответственно с входов 17 и 18. Навыходе умножителей 19 и 22 образуется напряжение, пропорциональноесоответственно "/7 и и/г- икоторые подаются на входи сумматоров 20 и 21 соответственно. На другие входы сумматоров подаются напряжения с выхода усилителя 26, пропорциональные И 2 и напряжение 1 В, от .источника 23 постоянного напряжения. На выходе сумматоров 20 и 21образуются соответственно значениятекущих порогов, которые поступаютна входы компараторов 13 и 14 соответственно. Если условие,(3) выполняется, то на выходе блока 12 сравнения напряжение отсутствуетПринарушении условия стационарностиприл (и)сСг(и) що г(и,С (и,) 01 ина выходе компараторов 13 и 14 соответственно образуется импульс, который сбрасывает счетчик 6, счетчик 10 и стирает сигналы, записанные в аналоговом блоке 9 памяти, после чего начинается новый цикл определения интервала стационарности. Напряжение с выходов компараторов 13 обоих блоков проверки гипотез поступает в блок 27 принятия решения на элемент ИЛИ 28, а с выходов компараторов 14 - на элемент ИЛИ 29.Если сигнал образовался на выходе элемента ИЛИ 28, т.е. на выходе 30 устройства (условие 4), то интервал стационарности закончился и тренд возрастающий. Если же сигнал образовался на выходе элемента ИЛИ 29, т.е.на выходе 31 устройства (условие 5)то интервал стационарности закончился и.тренд убывакщий.5 Величина интервала стационарностиравнастсзц = "сц10где псч - число, заФиксированноесчетчиком перед сбросом.Таким образом, применение изобретения позволяет повысить точность 15 определения интервалов стационарности по сравнению с прототипом,1076921Составитель В.ФукаловРедактор Н.Ковалева Техред С,Легеэа Корректор О. БилакЗаказ 750/46 Тираж б 99 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, 7-35, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4