Устройство для определения характеристик случайного процесса

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Мирский Г.Я. Аппаратурное распределение характеристик. случайныхпроцессов. "Энергия", 1972.2. Авторское свидетельство СССРУ 813702, кл. Н 03 Н 17/04, 1981(прототип),3. Авторское свидетельство СУ 962972, кл. 6 06 Р 15/36, 198(54)(57) УСТРОЙСТВОДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА,содержащее первый усредняющий фильтрпервый блок вычитания, квадратор,выход которого соединен с входомвторого усредняющего фильтра, о т -л н ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей за счет аппроксимации любых расйределений случайных величинэкспоненциального типа в областиих больших положительных значений,оно содержит генератор импульсов,регистр, первый и второй элементы И,трехвходовой переключатель, счетчик,элемент задержки, цепочку иэ последовательно соединенных блока извлечения корня, первого и второго делителей кодов и второго блока вычитания, и блок определения максимума,вход которого является входом устройства, а выход числа циклов измерения подключен к первому информационному входу трехвходового переключателя и к информационному входу .счетчика, выход которого подключен ко входу линии задержки, к управляющему входу трехвходового переключателя, . к первому входу первого элемента И, . к входу сброса счетчика и к входузапуска генератора импульсов, вь 1 ход которого соединен с вторым информационным входом трехвходового переключателя, выход которого подключен к тактовому входу регистра, выход которого соединен с первым входом перво" го блока вычитания, а информационный вход регистра объединен с входом пер" вого усредняющего фильтра н подключен к выходу величины максимума блока определения максимума, выход первого усредняющего фильтра соеди с вторым входом первого элемента И, .выход которого соединен с вторыми 1входами первого и второго блоков вычитания, выход первого блока вычитания соединен с входом квадратора, выход элемента задержки соединен с первым входом второго элемейта И, второй вход которого соединен с выходом второго усредняющего фильтра, выход ко-.торого подключен ко входу блока извлечения корня, при этом выходы первого делителя кодов и второго блока: вычитания являются соответственно ,первым и вторым информационными выходами устройства.Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может найти применение при определении статистических характеристик случайных величин в тех слу- з чаях, когда процессы описываются определенным классом распределений, причем конкретный вид распределений в пределах этого класса заранее неизвестен и может меняться во времени. В частности, это характерно для случая, когда распределение генеральной совокупности несколько изменяет свои параметры и форму при определенных изменениях режимов технологических операций.Устройство предназначено для аппроксимации неизвестных распределений случайных величин экспоненциального типа в области их больших положительных значений. К распределителям экспонечциального типа относятсх большое число широко распространенных на практике распределений: гаус-, совское, релеевское, райсовское, экспоненциальное, гамма-распределение, логнормальное и др.При исследованиях, проводимых статистическими методами, одной из важнейших задач является определение З 0 устойчивых закономерностей в рассеянии анализируемых признаков с целью обоснованного выбора статистической модели распределения исследуемой случайной величины. В большом числе 33 случаев (техническая диагностика, распознавание, сортировка, контроль качества и т.д,) нет необходимости в построении полной статистической модели функции распределения для всего 40 диапазона изменения случайной величины. В указанных случаях можно ограничиться построением статистической функции распределения лишь для области больших положительных значений 45 случайной величинь 1 (правой "хвостовой" части распределения).Известно устройство для определения функции распределения, содержащее входное устройство, аналого-циф ровой преобразователь, цифровой дискриминатор, электронно-счетный частотомер и генератор импульсов опроса Г 13.Однако указанное устройство требу 55 ет для работы больших объемов выборки и значительного времени для обработки, особенно в области малых значений вероятностей, Кроме того, ваналоге имеют место два произвольныхшага: выбор длины интервала разбиенияи выбор начальной точки деления.Это приводит к неоднозначности воценках распределений (например, припомощи критерия Х ),3Наиболее близким к предлагаемомуустройству является нелинейный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные блок вычитания,двухсторонний ограничитель, сумматори нерекурсивный фильтр, выход которого подключен к дополнительным входам сумматора и блока вычитания, амежду выходом двухстороннего ограничителя и дополнительным входом сумматора включены последовательно квадратор, дополнительный нерекурсивныйфильтр и датчик случайных чисел, другой вход которого соединен с дополнительным выходом двухстороннего ограничителя, к дополнительному входукоторого подключен выход дополнительного нерекурсивного фильтра2,Недостатком прототипа являетсяограниченность решаемых задач, таккак он не обеспечивает определениепараметров необходимых для аппроксимации искомых функций распределения,Цель изобретения - расширениефункциональных воэможностей за счетаппроксимации любых распределенийслучайных величин экспоненциальноготипа в области их больших положительных значений, т.е, неизвестных распределений. Эта цель достигается тем,что устройство для определения характеристик случайного процесса, содержащее первый усредняющий фильтр, первый блок вычитания, квадратор, выход ко торого соединен с входом второго усредняющЬго фильтра, содержит генератор импульсов, регистр, первый и второй элементы И, трехвходовой переключатель, счетчик, элемент задержки, цепочку иэ последовательно соединенных блока извлечения корня, первого и второго делителей кодов и второго блока вычитания, и блок определениямаксимума, вход которого является входом устройства, а выход числа циклов измерения подключен к первому информационному входу трехвходового переключателя и к информационному входу счетчика, выход которого подключен ко входу линии задержки, к управляю. с О,- параметры, определяемые изопытных данных,учитывающиеособенности поведения "хвоста" конкретногораспределения;Ь - объем выборки.С целью определения параметровщ - раз производится выбовка 20объемом в членов; в каждой из п выборок после их ранжирования выбираютсясоответствующие максимальные значения Х Хх1 псяъ ф 2 вам фф вповфвычисляется среднее максимальных зна- чений Х щах", - Х "пахр 1 30 вычисляется дисперсия максимальных значений(4) О 5772л "поИ лиРабота устройства происходит следующим образом.независимых значений выборкиХ;( 1= 1, П) поступают на вход(фиг. 1) определения максимума, являющегося входом устройства. Это соответствует (фиг. 2) поступлению выборки на вход регистра 17 буфернойпамяти. Структура блока 1 определения максимума соответствует. структуре ранжирователя выборки 33 из которого изъяты ряд блоков, так какнет необходимости ранжировать выборкуполностью, а достаточно только выделить максимальное значение. Регистр(5) щему входу трехвходового переключателя, к первом входу первого элемента И, к входу сброса счетчика и квходу запуска генератора импульсов,выход которого соединен с вторым информационным входом трехвходовогопереключателя, выход которого подключен к тактовому входу регистра, вы-ход которого соединен с первым входом первого блока вычитания, а информационный вход регистра объединенс входом первого усредняющего фильтра и подключен к выходу значениямаксимума блока определения максимума, выход первого усредняющего фильтра соединен с вторым входом первогоэлемента И, выход которого соединенс вторыми входами первого и второгоблоков вычитания соединен с входомквадратора, выход элемента задержкисоединен с первым входом второгоэлемента.И, второй вход которого соединен с выходом второго усредняющего фильтра, выход которого подключенко входу блока извлечения корня, приэтом выходы первого делителя кодов ивторого блока вычитания являютсясоответственно первым и вторым информационным выходом устройства.На фиг. 1 изображена структурнаясхема предложенного устройства; нафиг, 2 - структурная схема блока определения максимума.Устройство для определения характеристик случайных процессов содер- З 5жит (фиг. 1) блок 1 определения мак- ., симума, первый усредняющий (нерекурсивный) фильтр 2, первый элемент И 3,первый блок 4 вычитания, квадратор5, генератор 6 импульсов, трехвходовой переключатель 7, регистр 8, второй усредняющий (нерекурсивный)фильтр 9, счетчик 10, элемент 11 задержки, второй элемент И 12, второйблок 13 вычитания, первый делитель14 кодов, блок 15 извлечения корня,второй делитель 16 кода,При этом блок 1 определения максимума содержит (фиг. 2) регистр 17буферной памяти, генератор 18 импульсов, переключатели 19, регистр20, первый коммутатор 21, счетчик 22импульсов, схему 23 сравнения, второйкоммутатор 24, ключ 25.Устройство реализует следующийалгоритм работы.Для описания правых "хвостов"функций распределения всего класса распределений экспоненциального типаиспользуется общее выражение вычисляется оценка 1,1 2 В 25 У17 буферной памяти после заполнениявыдает сигнал в генератор 18 импульсов, который по этому сигналу выдает на тактовый вход регистра 20 пачку из и импульсов. Под воздействием так" 5 товых импульсов значения выборки из регистра 17 буферной памяти последовательно поступают через информационный вход в регистр 20. Таким образом, в регистре 20 образуется неупорядоченная выборка из значений х, хвЗначения выборки одновременно с записью в регистре 20 через информационные выходы разрядов этого регист 15 ра устанавливаются на соответствующих им входах первого коммутатора 21 и переключателей 19, а значение л -го разряда этого регистра устанавливается и на входе ключа 25. Генератор 18 импульсов, закончив выдачу пачки из и тактовых импульсов, по своему второму выходу выдает пачку из л -1 синхроимпульсов, поступающих на синхровходы первого коммутатора 21, вто 25 рого коммутатора 24 и на вход счетчика 22 импульсов. Под действием последовательности синхроимпульсов и в такт с ними начинается процедура ранжирования выборки, основанная на алгоритме попарной перестановк. При просмотре каждое значение выборки х, сравнивается с соседним значением х;,. Пара значений выборки, для которйх справедливо неравенство х;х , 35 ,меняются местами. Таким образом, член выборки, имеющий наибольшее значение, уже при первом цикле просмотра займет крайнее место хв ранжированном рядуе40Метод попарной перестановки реализован в блоке 1 определения максиму-. ма следующим образомПервый коммутатор 21 в такт с синхроимпульсами45 производит последовательное подсое динение информационных выходов каждой соседней пары разрядов регистра 20 кдвум входам схемы 23 сравнения. В результате сравнения каждой пары соседних членов выборки схема 2350 сравнения выдает значение ии при х; х; ии 1 иприх 1 х Работая синхронно с первым коммутатором 21, второй коммутатор 24 последовательно соединяет выход схемы23 сравнения с входом того переключа теля 19, который своими другими дву- мя входами, а также двумя выходами соедйнен соответственно с информационными выходами и информационными входами каждого из пары разрядов ре гистра 20, содержимое которых анализировалось схемой 23 сравнения.Переключатель 19 соединяет подключенные к нему информационные выходы сравниваемой пары соседних разрядов к своим выходам таким образом, чтобыИ Ипри -1 на входе второго коммутатора 24 содержимое сравниваемых разрядов регистра 20 осталось неизменным,И И,а при 1 - поменялось местами путем переписывания .из одного разряда в другой, Затем переключатель 19 возвращается в нейтральное положение.В конце цикла просмотра осуществляется однократное попарное сравнение и перестановка всех членов выборки, содержащихся в регистре 20. При этом максимальное значение х1 И 1 сХ ф соответствующее первой выборке из л значений, будет установлено в последнем п -м разряде регистра 20. В этот же момент счетчик 22 импульсов, за" кончив счет пачки из и - 1 импульсов выдает импульс, который поступает на управляющий вход ключа 25 н открывает его, обеспечив поступление значения х 1на выход ключа 251 который одновременно является одним выходом блока 1 определения максимума.ЭКроме того, импульс с выхода счетчика.22 импульсов поступает также на другой выход блока 1 определения максимума и на вход сброса счетчика 22 импульсов. Таким образом (фиг. 1), в результате анализа каждой из и выборок навтором выходе блока 1 определения максимума будет выдаваться значениц х 1 нщ ( 3 = 1 э 2 , 111 ), а напервом выходе будет появляться импульс,Значения хс первого выходаИщХблока 1 определения максимума последовательно поступают на вход первого фильтра 2 и на информационный входрегистра 8. Первый фильтр 2 работает в режиме усреднения и обеспечивает вычисление среднего максимального значений хв соответствии с выражением (2). Регистр 8,благодаря поступлению на его тактовый вход через переключатель 7 импульсов с первого выхода блока 1 определения максимума, производит последовательную запись поступающих в него через инфор"28 7 11006 . мационный вход значений хх1 Ва2 вафу х Одновременно импульс с второго выхода блока 1 определения максимума поступает на вход счетчика10. Сосчитав щ импульсов, что озна чает, что на выходе. первого фильтра 2 появилось рассчитанное значение х , а в регистре 8 последовательно эаписайы все значения х1 вахсчетчик 10 выдает импульс, который поступает насоответствующие входы элемента Й 3 и трехвходового переключателя 7, на вход запуска генератора 6 импульсов, на вход сброса счетчика 10 и на вход элемента 11 задержки.По этому сигналу генератор 6 импульсов выдает пачку из 1 ю; импульсов, которые через. переключившийся переключатель 7 поступят на тактовый вход регистра 8, считывая.из него за- О писанные значения х , , Эти значе"1 трахния последовательно поступают на один из входов блока 4 вычитания, на другой вход которого через открытый элемент И 3 с выхода-фильтра 2 пода-, 25 ется значение х. Одновременно это же значение с выхода элемента И 3 поступает на один из входов второго блока 13 вычитанияВ блоке 4 вычитания выполняетея 30 операция хах - х , результат которой, пройдя квадратор 5 и будучи возведенным в квадрат, поступает на вход второго усредняющего фильтра 9, работающего в режиме обычного ус 5 реднения. Во втором фильтре 9 вычис" ляется дисперсиямаксимальных(2значений в соответствйи с выражением(3). Импульс с выхода счетчика 10, задержанный элементом 11 задержки 4 о на время, необходимое для формирования на вьмоде второго фильтра 9 значения ь , открывает второй элеи 2мент И 12. Значение 2 черезвах элемент И 12 поступает в блок 15 извлечения корня, откуда величина Г, попадает в первый делитель 14 кодов, где вычисляется оценка о в соответи ствии с выражением (4).Выход первого делителя 14 кодов является вьмодом устройства, выдающим найденное значение оценки параметра. Одновременно с выхода первого делителя 14,кодов значение Д, поступает во второй делитель 16 кодов, где вычисляется величина 0,57724, которая поступает во второй блок 13 вычитания, где вычисляется оценка Оп в соответствии с выражением (5).Выход второго блока 13 вычитания является вторым выходом устройства, выдающим найденное значение оценки параметра 0. С выходов. устройства значения параметров 2 и 0 аппроки, и симирующего распределения, соответствующие конкретному на данный отрезок времени виду функции распределения экспоненциального типа, поступают на входы других технических устройств для использования. Затем процесс повторяется для новьм значений выбррки.Таким образом, благодаря введению в прототип новых блоков и новых связей, досгигаетсярасширение функциональных возможностей устройства,за счет аппроксимации неизвестных функций распределений экспоненциального типа в области больших положительных значений аргумента.1100628 ректор И. Дчмчик 4 5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Редактор К.Вол Заказ 4582/38 оставитель Э.СечиехРед М. Надь Тираж 699 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 13035, Иосква, Ж, Раушс