Устройство для определения медианы случайного процесса

(3 0 Г 5 ГОсудАРстВенный кОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21)4860936/24 . может быть использовано при обработке (22) 25.06,90: случайных процессов. Цель изобретения - (46) 07.03.92. Б)ол. Гч. 9 . повышение точности. Устройство для опре 1) Московский технологический институт. деления медианы случайного процесса соМинистерства бытового обслуживания на-: держитблок 1 сравнения,тритгер 2 Шмитта, селения РСФСР. два элемента И 3,4, генератор 5 тактовых (72) Е,Я.Хуртин: . импульсов, два счетчика 6, 7; элемент ИЛИ (53)681;3(088.8), 8, два регистра 9, 10, блок 11 вычитания, (56) Авторское свидетельство СССРэлемент 12 задержки; накапливающий сум- М 492882, кл. 0 06 Р: 15/36, 1974,.матор 13, блок 14 деления и. преобразоваАвторское свидетельство СССР, . тель 15 код - напряжение, соединенные Ь 1352502, кл. 6 06 Р 15/36,. 1986. между собой функционально. Повнщение (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ: точности достигается путем устранения не- МЕДИЯНЫ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА определенности знака вычисленного значе- (57) Изобретение относится к специалйзи-. ния медианы, 3 ил.рованным вычислительным устройствам иключены к первым входам соответственно. 50первого и второго элементов И. В устройство введены два регистра, элемент задержки, блок вычитания, накапливающийсумматор и блок деления, Выход тактового генератора подключен к вторым входампервого и второго элементов И, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, выходы переполнения которых подключены соответственно к первому и второму входам Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано при обработке случайных процессов.Известно устройство для определения медианы, содержащее блок сравнения, триггер Шмитта, пять элементов И, элемент ИЛИ, элемент Н Е, триггер, тактовый генератор и преобразователь код - напряжение с соответствующими связями ЯНедостатком известного устройства является невысокая точность. Это связано с тем, что знак вычисленной медианы определяется знаком разности между мгновеннымзначением сигнала и текущим значениеммедианы, что может приводить к изменению знака истинного значения медианы.Наиболее близким к заявленному является устройство для определения медианыслучайного процесса, содержащее блоксравнения, триггер Ймитта, семь элементов И, два элемента ИЛИ, два элемента НЕ, два пороговых элемента,. два реверсивных счетчика, блок элементов И, два триггера,генератор импульсов и блок формированиявременных интервалов с соответствующими связями 2.Недостатком этого устройства также является невысокая точность, так как в нем возможно изменение знака медианы относительно истинного значения, поскольку знак вычисленной медианы определяется знаком разности между мгновенным значением случайного сигнала и текущим значением медианы,Цель изобретения - повышение точности.Цель достигается тем, что устройство для определения медианы случайного процесса содержит триггер Шмитта, дваэлемента И, два счетчика, элемент ИЛИ, тактовый генератор, преобразователь коднапряжение, блок сравнения. Первый информационный вход блока сравнения является информационным входом устройства,а второй подключен к выходу преобразователя код - напряжение, Выход блока сравнения соединен с входом триггера Шмитта; прямой и инверсный выходы которого под 5 1015202530354045элемента ИЛИ, Выход элемента ИЛИ соединен с тактовыми входами первого и второго регистров и через элемент задержки с входами сброса первого и второго счетчиков и с тактовым входом накапливающего сумматора, информационный выход которого подключен к входу делимого блока деления. Вход блока деления является входом значения "2" устройства, а выход блока деления соединен с информационным входом преобразователя код - напряжение, знаковый вход которого подключен к знаковому выходу накапливающего сумматора, а старших разрядов(2 - количество заданных уровп+ 1ней квантования) первого и второго счетчиков подключенй к информационным входам соответственно первого и второго регистров. Выходы последних подключены соответственно к входам уменьшаемого и вычитаемого блока вычитания, информационный и знака-.ый выходы которого подключены соответственно к информационному и знаковому входам накапливающего сумматора.На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения медианы случайного процесса; на фиг. 2 - показан пример структурной схемы блока вычитания; на фиг. 3 - пример структурной схемы накапливающего сумматора,Устройство для определения медианы случайного процесса содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитта, первый 3 и второй 4 элементы И, тактовый генератор 5, первый 6 и второй 7 счетчики, элемент ИЛИ 8, первый 9 и второй 10 регистры, блок 11 вычитания, элемент 12 задержки, накапливающий сумматор 13, блок 14 деления, преобразователь 15 код - напряжение,Блок вычитания фиг. 2) содержит элемент 16 сравнения, первый 17 и второй 18 коммутаторы и вычитатель 19.Накапливающий сумматор (фиг, 3) содержит элемент 20 сравнения, первый 21 и второй 22 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 23, второй 24 и третий 25 коммутаторы, сумматор-вычитатель 26, О-триггер 27, регистр 28, элемент НЕ 29 и элемент И 30,В качестве вычитателя и сумматора-вычи-, тателя может быть использована интегральная микросхема К 155 ИПЗ, Все остальные блоки устройства являются стандартными блоками вычислительной техники.Первый вход блока 1 сравнения является.информационным входом устройства, выход блока 1 сравнения соединен с входом триггера 2 Шмитта, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента И 3, а инверсный - к первому входу второго элемента И 4. Вторые входы перво1718233го 3 и второго 4 элементов И подключены: К и третьего 25 коммутаторов. Выходы коммувыходу тактового генератора 5, выход пер- татаров 24 и 25 подключены соответственнового элемента И соединен со счетным вхо. к первому и второму информационным входом первого счетчика 6, гп старшйхдам сумматора-вычитателя 26, выход которазрядов которого подключены к информэ 5 рого соединен с информационным входомционному входу первого регистра 9, выход". регистра 28 и является информационнымкоторого подключен к входу уменьшаейбгО выходом накапливающего сумматора 13,таИ 4 илока вычитания 11. Выход второго элемей- Знаковьй вход накапливающеги ющего сумматората соединен со счетным входом второгосоединен с первым входом второго элеменсчетчика 7, гп старших разрядов которого 10 та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, с вторым вхоподключеныкинформационномувходувто-, дом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕрого регистра 10, выход которого подклю- ИЛИ 21 и с вторым входом элемента И 30.чен к входу вычитаемого блока11Выход 0-триггера 27 подключен к второмн к второмувычитания. Информационный и .знаковыйвходу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕвыходы блока 11 вычитания подключены со-,15 ИЛИ 22, выход которого соединен с первымответственно к информационному и знако- входомуправления режимом сумматора-вывому входам накапливающего сумматОра . читателя 26, с управляющим входом первого13. Информационный выход накапливаю- коммутатора 23 исвходомэлементаНЕ 29.щего сумматора 13 соединен с входом дели-". Выход элемента НЕ подключен к второмумого блока 14 деления, на вход делителя 20 входу управления режимом сумматора-выкоторого подано значение "2". Выход блока, читателя 26 и к первому входу элемента. И14 деления подключен к информационному . 30, выход которого соединен с вторым вховходу преобразователя 15 код - напряже- дом первого коммутатора 23, Выход "меньние, знаковый вход которого подключен к. ше" элемента 20 сравнения соединен сзнаковому выходу накапливающего сумма управляющим входом третьего коммутаторатора 13, Выход преобразователя 15 код. - . 25, выход "больше-равно".элемента 20 сравнапряжение, являющийся выходом устрой- нения соединен с управляющим входом втостваподключен к второму входу блока 1. рого 24 коммутатора и с первым входомсравнения.,Выходы переполнения первого первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ6 и второго 7 счетчиковсоединены соответ-. 30 21, выход которого подключен к первомуственно с первым и вторым входами эле-информационному входу первого коммутамента ИЛИ 8; выход которого соединен с тора 23, Выход последнего явля ид лемента 12 задержки и с тактовыми знаковым выходом накапливающего суммавходами первого 9 и второго 10 регистров. тора, подключен к информационному входуВыход элемента 12 задержки подключен к 35 О-триггера 27, тактовые входы которого итактовому входу накапливающего суммато- регистра 28 являются тактовым входом нара 13 и к входам сброса первого и второго 7 капливающего сумматора,счетчиков, Устройство работает следующим обраВ блоке 11 вычитания (фиг. 2) вход зом,уменьшаемого и вход вычитаемого подклю В исходном состоянии все блоки обнучены соответственно к первым и вторым лены.входам элемента 16 сравнения, первого 17 . Случайный сигнал Х(т) подается на пери второго 18 коммутаторов, Выходы перво- вый вход блока 1 сравнения, где п роисходитго 17 и второго 18 коммутаторов соединены . его сравнение с опорным напряжением Ооп,соответственно с входами уменьшаемого и 45 которое формируется преобразователем 15вычитаемого вычитателя 19. Выход "боль- код - напряжение. Поскольку в начальныйше-равно" элемента сравнения являетсямомент времени то напряжения на выходезнаковым выходом блока вычитания, выход . преобразователя 15 равно нулю, то Х(то) невычитателя является информационным вы- посредственно подается на вход триггера 2ходом блока вычитания, Выход "больше Шмитта. Для определенности допустим, чторавно" и выход "меньше" блока 16 Хто) имеет положительное отрицательное)сравнения подключены соответственно к значение, тогда на прямом(инверсном) выуправляющим входам, первого 17 и второго ходе триггера 2 появляется логический сиг 18 коммутаторов, нал 1, который поступает на первый входВ накапливающем сумматоре 13 (фиг. 3) 55 элемента И 3 4). На вторые входы элементоввыход регистра 28 соединен с первыми вхо- И 3 и 4 поступает сигнал с выхода тактовогодами элемента 20 сравнения, второго 24 и генератора 5, период повторения котороготретьего коммутаторов. Информацион- больше времени корреляции случайноговхо аминый вход устройства соединен с вторыми . сигнала. ВзависимостиотзнакаХ(т)д элемента 20 сравнения, второго 24 : тактового генератора 5 поступает на счетксигналный вход либо счетчика 6, либо счетчика 7, Каждый из счетчиков имеет и+а разрядов, причем и-определяет зону нечувствительности устройства, а в - число информационных разрядов преобразователя код. - напряжение, соответствующих максимальному значению Ооп,макс. При заполнении одного из счетчиков б или 7 на его выходе переполнения вырабатывается сигнал, повых входы регистров 9 и 10 При этом информация с а старших разрядов счетчиков 6 и 7 переписывается соответственно в регистры 9 и 10. На выходе блока 11 вычитания формируется величина,. пропорциональная разности вероятностей времени пребывания случайного процесса выше и ниже значения Ооп, Сигнал с выхода блока 11 вычитания поступает на накапливающий 15 20 сумматор, в котором к существующему в данный момент значению прибавляется (вычитается) значение поправки, вырабатываемой блоком 11 вычитания, Код сигнала с выхода накапливающего сумматора делится на два блоком 14 деления, сигнала с выхода которого поступает на 25 информационный вход преобразователя 15 код - напряжение; устанавливая очередное значение Ооп. Величина Ооп, соответсгвую 30 щая значению медианы, устанавливается тогда, когда значения кодов с выходов счетчиков 6 и 7 одинаковы, т,е, когда вероятность превышения сигналом Х(т) значения Ооп совпадает с вероятностью того, что Х(с) меньше Ооп. Таким образом, устройство реализует алгоритм поиска медианы методом половинного деления., Величина задержки 35 элемента 12 выбирается достаточной для осуществления записи информации в регистры Я и 10 и осуществления процесса вычи 40 тания в блоке 11. Сигнал с выхода элемента 12 задержки тактирует накапливающий сумматор 13 и сбрасывает в нулевое состояние счетчики б и 7, подготавливая устройство к процессу обработки очередной выборки,Блок вычитания (фиг. 2) работает следующим образом; Сигналы уменьшаемого А и вычитаемого В подаются соответственно на первые и 50 вторые входы элемента 16 сравнения и коммутаторов 17 и 181 Если АВ, на входы уменьшаемого и вычитаемого вычитателя 19 поступают соответственно значения А и В,В случае А В на входы уменьшаемого и 55вычитаемого поступают соответственно В и А. Следовательно, на выходе вычитателя 19 формируется информационное значение А -В, а на выходе "больше-равно",элемента 16сравнения - знак разности. ступающий через элемент ИЛИ. 8 на такто-. 10 Накапливающий сумматор (фиг. 3) работает следующим образом:К приходу очередного тактового импульса на выходе регистра 28 и триггера 27 присутствует модуль и знак накопленного числа А. Модуль числа В поступает на вторые входы элемента 20 сравнения и коммутаторов 24 и 25, Знак числа В подается на первый вход элемента И 30 и второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.22. Накапливающий сумматор реализует операцию алгебраического накопления, Рассмотрим работу накапливающего сумматора при различных соотношениях между модулями и значениями величин А и В: Пусть А и .В одного знака. В этом случае на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 будет нулевой сигнал и сумматор-вычитатель 26 переводится в режим, арифметического сложения, а коммутатор 23 подключает к выходу свой второй входна который поступает сигнал с выхода элемента И 30, На первый вход элемента И 30 подается единичный сигнал с выхода элемента НЕ 29, следовательно, выходной сигнал элемента И 30 повторяет сигнал знака числа В.Пусть А 0 и В О,Тогда на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 присутствует единичный сигнал, который подключен к знаковому выходу сумматора, т.е. к выходу. коммутатора 23, а сумматор-вычитатель 26 переводится в режим вычитания. При АВ через коммутаторы 24 и 25 к выходам уменьшаемого и вычитаемого соответственно подключены значения А и В. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 будет единичный сигнал, соответствующий знаку числа А. При АВсумматор-вычитатель осуществляет операциюВ 1;А,а на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 будет сигнал, соответствующий знаку числа В,Пусть А0 и ВО. Сумматор-вычитатель также работает в режиме вычитания, ЕслиАВ 1, на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, а следовательно, и на знаковом выходе накапливающего сумматора будет единичный сигнал, соот-. ветствующий знаку числа В, При А 1 В 1 на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 присутствует нулевой сигналсоответствующий знаку числа А.Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом показало явные недостатки прототипа.Эти недостатки следующие: знак вычисленной медианы определяется в определенный момент времени знаком разности между значением случайного процесса вэтот момент времени и вычисленным значе- с я тем, что, с целью повышения точности, нием медианы, Это приводит к тому, .что . в него введены первый и второй регистры, существуют такие моменты, когда знак ме- элемент задержки, блок вычитания,. накапдианы, вычисленный устройством; не совпа-.: . ливающий сумматори блок деления, причем дает с истинным знаком медиана; что ведет 5 выход генератора тактовых импульсов соек сбою работы устройства, что снижает его: динен с вторыми входами первого и второ- надежность.го элементов И, выход первого элемента ИПрименение предлагаемого техниче- соединен со счетным входом первого счет- ского решения позволяет устранить сбои вчика, выходы т старших разрядов которо- . работе устройства и, следовательно, повы-. 1 О го (2 - количество заданных уравнений сить надежность работы, поскольку знак вы-: . квантования) соединены соответственно с численной медианы не зависит .от: .:информационными входами первого реги- мгновенных значений случайного сигнала и: стра, выход второго элемента И соединен определяется результатом статистической;:со счетным входом второго счетчика, выхообработки случайного сигнала. 15 ды е старших разрядов которого соединеОтсутствие сбоев в работе повышает ны соответственно с информационными точность работы устройства и достовер-входами второго регистра, тактовый вход ность информации на его выходе, Повышен-: которого соединен с тактовым входом перная по сравнению с базовым объектом . вогорегистра,входомэлеЧентазадержкии достоверность позволяет при использова-:2 О выходом элемента ИЛИ, первый и второй нии устройства, например, для контроля ап-:входы которого соединены соответственно паратуры снизить число ошибок, что, в - ,. с выходами переполнения первого и второ- конечном итоге, ведет к снижению стоимо- . го счетчиков, входы установки в ноль котости выпускаемой аппаратуры.рйх соединены с тактовым входом25.: накапливающего сумматора и с выходомФ о р м ул а и з о б ре те н и я элементазадержки, выходпервогорегистрасоединен с входом уменьшаемого блока выУстройство для определения медианы читания, вход вычитаемого которого соедислучайного процесса, содержащеетриггер: нен с выходом второго регистра, Шмитта, первый и второй элементы И, 30 информационный выход блока вычитания первый и второй счетчики, элемент ИЛИ,: соединен с информационным входом нагенератортактовйх импульсов, преобра-, капливающего сумматора, знаковый вход зователь код - напряжение, выходкоторо-.; которого соединен со знаковым выходом го является выходом устройства, и блокблока вычитания, информационный выход сравнения, первый информационный 35 накапливающегосумматорасоединенсвховход которого является,информацион--дом делимого блока деления, входделителя ным входом устройства, второй информа-; которого является входом задания значения ционный вход соединен с выходом "2" устройства, выходблокаделениясоедипреобразователя код - напряжение, а вы- нен с информационным входом преобразоход - с входом триггера Шмитта, прямой и 46: вателя код - напряжение, знаковый вход инверсный выходы которого соединены с которого соединен со знаковым выходом первыми входами первого и второго элемен- накапливающего сумматора,тов И соответственно. о т л и ч а ю щ е е1718233Составитель Е.Хуртинедактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор В.Гирн Заказ 883 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10изводственн