Устройство для статистической обработки информации

357565 Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт. свидетельства-11.1970 ( 1409944(18-24 л. б 061 15(3 аявлен ением заявки-с при иоритетубликовано 31,Х.1972. Бюллетень3 та опубликования описания 16.11.197 Комитет по делам зобретекий и открытий ри Совете Министров СССР. Н, Собо аявитель ТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБО ИНФОРМАЦИИИзобретение относится к специализированным вычислительным устройствам, предназначенным для накопления статистической информации и последующей обработки этой информации с целью получения оценок ее статистических характеристик.Известно устройство для оценки вероятностно-статистических характеристик динамических процессов, предназначенное для вычисления оценок условных и безусловных математических ожиданий и условной дисперсии случайных процессов, содержащее запоминающее устройство, устройство управления и регистрирующее устройство.Целью данного изооретения является обеспечение возможности вычисления дисперсий, дисперсионных и корреляционных функций случайных процессов.Согласно изобретению устройство содержит блок первичной обработки, первый вход которого соединен с выходом блока накопления, первый выход блока первичной обработки соединен с первым входом вычислительного блока, блок памяти, соединенный со вторым выходом блока первичной обработки, выход блока памяти соединен со входом управляющего устройства, первый выход которого соединен со вторым входом блока первичной обработки, второй выход управляющего устройства соединен со вторым входом вычислительного блока,2На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для статистической обработки информации; на фиг. 2 - блок-схема одного из вариантов блока первичной обработки информа ции; на фиг. 3 - блок-схема вычислительногоблока.Блок 1 записи и считывания (см, фиг. 1) совместно с подключенным к его выходу блоком 2 первичной обработки информации со- О ставляет устройство накопления и первичнойобработки информации, выходы которого соединены со входами вычислительного блока 3 и через блок 4 памяти - с управляющим устройством б. Выходы управляющего устройсг ва соединены с блоком 2 блоком 3, а выходблока 3 соединен со входом регистрирующего устройства б. Блок первичной обработки информации (см. фиг. 2) состоит из входных устройств 7, 8, амплитудных селекторов 9, 10 и 20 матрицы 11 интеграторов. Вычислительныйблок (см. фиг. 3) включает в себя множительное устройство 12, накопитель 13, коммутатор 14, суммирующее устройство 15, блок 1 б деления, квадратор 17, блок 18 умножения, запо минающее устройство 19, сумматор 20.Программа работы устройства подразделяется на 3 этапа: накопление исходной информации; считывание накопленной информации с носителей и первичная обработка считанной ЗО информации; вычисление оценок статистических характеристик случайных процессов.3На этапе накопления исходной информации случайные процессы Х и У(11, подлежащие обработке, подаются на блок 1, представляющий собой типовое многоканальное устройство записи и считывания на магнитной ленте, обеспечивающее возможность введения изменяемого при считывании временного сдвига исходных реализаций случайных процессов. Блок 1 осуществляет запись исходных реализаций случайных процессов,10На втором этапе работы исходная информация из блока 1 поступает в блок 2 первичной обработки информации. При считывании исходной информации в каналах считывания процессов ХЯ и УЦ. вводятся временные запаздывания т 1 и т 2, обеспечивающие временной сдвиг исходных реализаций величины с - т 2 т 1 Блок 2 имеет два канала (по числу обраба тываемых реализаций). В каждом последовательно соединены входное устройство и амплитудный селектор, выход которого подключен к матрице 11 интеграторов,Во входных устройствах, каждое из кото рых, в свою очередь, состоит из интегратора средних значений и сумматора, построенных на усилителях постоянного тока, осуществляется центрирование методом, скользящей сред; ней исходных реализаций процессов Х(1) и 50 У. Текущие оценки математических ожиданий случайных процессов, определяемые во входных устройствах в соответствии с выраже- ниями 1+т 35 ю- фц 1 1=1 ю Ъ 1М(УЯ 1 = - У, Учг,йе 4юЯ Х У- Х,1/1 ЧкУ 1 где Х; и У; - величины, пропорциональныенапряжениям в серединах коридоров 1 и 1амплитудных селекторов входных устройствЪг А 1 макс + %1 мин ъ 11 макс + 1/ мин22а Работа устройства на примере вычисления условного математического ожидания процесса У(1) относительно процесса Х(1) производится следующим образом.По команде управляющего устройства начинает работу коммутатор 14, который последогде Т - интервал текущего сглаживания, поступают на интеграторы блока 4 памяти, для 40 усреднения текущих оценок математических ожиданий на всем интервале наблюдения и запоминания их с целью последующих вычислений.Центрированные реализации процессов Х 45и У(1) подвергаются в усилителях входных устройств сжатию так, что на входах амплитудных селекторов действуют сигналы, динамический диапазон которых лежит в пределах +10 в. Коэффициенты усиления К 1 усилителя 50 сигнала Х и К 2 усилителя сигнала У при этом фиксируются.Амплитудные селекторы - 10-канальныеустройства с общим входом, каждый канал которых состоит из верхнего и нижнего ампли тудных селекторов, двух формирующих устройств и вычитающего устройства, преобразуют сигналы, поступающие на их входы в импульсы напряжения, Длительность этих импульсов пропорциональна времени пребывания 60 сигналов в пределах коридоров амплитудных селекторов, С выходов амплитудных селекторов импульсы напряжения поступают на вход матрицы 11.Матрица 11 интеграторов состоит из 10 65 строк и 10 столбцов (по числу каналов амплитудных селекторов). Каждый интегратор матрицы имеет типовую диодную ячейку И сострочным и столбцевым входами и накопительимпульсов со входом для счетных импульсов,поступающих с генератора счетных импульсовуправляющего устройства 5. Строчные входыинтеграторов, расположенных в одной и тойже строке матрицы, подключены к входнойшине строки соответствующего канала амплитудного селектора сигнала Х так, что входная шина первой строки матрицы соединена свыходом первого канала амплитудного селектора, входная шина второй строки - с выходомвторого канала амплитудного селектора и такдалее до 10 строки, Столбцевые входы интеграторов, расположенных в одноименномстолбце матрицы интеграторов, подключенык входной шине столбца, Столбцевые входныешины подключаются к соответствующим10 выходам амплитудного селектора сигналауР)Осуществлением данной коммутации выходов амплитудных селекторов с матрицей интеграторов обеспечивается в процессе считысвания исходной информации интегрированиесчетных импульсов в матрице интеграторов;т. е. фиксация в интервале наблюдения частности ц совместного появления событий, выраженных неравенствами:Х 1 мин ( Х(8) ( Х 1 максзУ/ мин ( УР) ( У 1 максеГдЕ Х 1 мин У 1 мин, Х 1 макс, У макс - МИНИМаЛЬные и максимальные уровни ограничения 1-гои 1-го каналов амплитудных селекторов.По окончании считывания, первичной обработки и накопления обработанной информациив матрице интеграторов вычислительныйблок 3 производит вычисление оценок статистических характеристик случайных процессовХ(Ц и У(Ц,Вычисления начинаются с нахождения оценок условных математических ожиданий процессов, определяемых в соответствии с выражениямибвательно один за другим подключает выходыинтеграторов первой строки матрицы, начинаяс первого интегратора, ко входам множительного устройства 12 и накопителя ИПри вычислении регрессии работает первыйканал множительного устройства. Этот каналосуществляет усиление напряжений, пропорциональных частности //;, поступающих с выходов интеграторов первой строки с коэффициентом усиления, изменяемым управляющимустройством в соответствии с номером столбца 1, в котором расположен подключаемыйв данный момент интегратор матрицы. Зависимость коэффициента усиления множительногоустройства от номера столбца матрицы (номера коридора амплитудного селектора) задается по следующей шкале:Номер коридора 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Коэффициентусиления 9753113579Таким образом, в момент подключения к выходу интегратора 1 - 1 на выходе множительного устройства появляется напряжениеУ; //. Это напряжение поступает в суммирующее устройство 15, собранное на базе типовогоусилителя постоянного тока. В момент подключения десятого интегратора первой строкиматрицы в суммирующем устройстве накапливается напряжение, пропорциональное величиьоне Х У;У. К этому моменту напряжение вонакопителе составит величину Х ц=/ь Этонапряжение через блок 1 б деления, состоящийиз аттенюатора, усилителя и нелинейного элемента, поступает на вход блока 18 умножения,Нелинейный элемент, построенный на усилителе постоянного тока, имеет статическую характеристику в виде обратной функции. Общий коэффициент усиления звена аттенюатор - усилитель блока деления в этом цикле1вычислений составляет величину - . Такимобразом, на блок умножения поступают напряжения, пропорциональные величинамо 1а= У 1 У, и- Кр,Блок умножения осуществляет операцию нелинейного /преобразования в соответствии сформулойа= - (а + (/) - (к - ),14т. е. на его выходе появляется наппяжение, пропорциональное первой точке регрессии М(У/ХД, которое поступает в запоминающее устройство 19 и фиксируется регистрирующим устройством б. Запоминающее устройство собрано на базе типового усилителя постоянного тока с емкостно-реостатной обратной связью, а в качестве регистрирующего устройства может быть использован, например, электронный цифровой печатающий вольтметр типа ЭЦПВ. После этого начинается цикл вычисления условной дисперсии в соответствии с формулой0 (УХ) У М(У/Х)/Вычисление производится следующим образом, По команде управляющего устройства коммутатор вновь начинает обход интеграторов первой строки матрицы, В момент подключения 1-го интегратора первой строки матрицы на первый вход сумматора 20, представляющего сооой усилитель постоянного тока, из управляющего устройства поступает усилен 1ное в - напряжение, пропорциональное веКвличине У;, соответствующее среднему значению напряжения 1-го коридора амплитудного селектора сигнала У(1), а на второй вход - напряжение, пропорциональное М(У/Х/), из запоминающего устройства. На выходе сумматора при этом напряжение соответствует велиУ/25 чине, пропорциональной разностиК- М(У/ХД. Это напряжение поступает на вход квадратора 17, представляющего собой, например, элемент с квадратичной статистической характеристикой. На выходе квадратора появится напряжение, пропорциональное у,.Т 1 И( /А) фНапряжение у; одновременно с напряжением, пропорциональным //ь снимаемым с выхода 1-го интегратора первой строки матрицы, поступает на вход второго канала множительного устройства, осуществляющего преобразова ние сигнала в соответствии с формулой1 з ет 1, (т+ч) ( ч )С выхода множительного устройства сигнал, 45 пропорциональный этому произведению,поступает в суммирующее устройство, где к моменту окончания обхода коммутатором интеграторов первой строки матрицы накапливается напряжение, пропорциональное сум мепоступающее затем в блок умножения.Напряжение, пропорциональное величинето/= Х //;, полученное к этому моменту в нако=1пителе, аналогично тому, как это осуществлялось при вычислении регрессии М(У/ХД, поступает через аттенюатор, усилитель и нелинейный элемент блока деления, где оно преоб 1разуется в величину - , на вход блока умноЪ 165 жения. Коэффициент усиления звена аттвнюа 357565тор - усилитель блока деления при этом устанавливается равным 1. Напряжение, пропорциональное величине дд, запоминается накопителем до следующего цикла вычислений. Блок умножения осуществляет перемножение напряжений, пропорциональных величинам Х и1,1 Очд чд,йети 1. Кд=(У/х,(.Напряжение, пропорциональное вычисленной дисперсии 0(У/Х,), поступает через запоминающее устройство в регистрирующее устройство и фиксируется. По окончании измерения первой точки условной дисперсии начинается цикл вычислений дисперсионной функции.Вычисление дисперсионной функции производится в соответствии с формулой1 ОО 1 х = - С 1 М(У(+ )/Х 1(+)1 -Ф д- М(УР+,)(1,1 О Югде= д, - - и Лд = ;), 1С началом цикла вычислений дисперсионнойфункции на входы сумматора поступают напряжения, пропорциональные величинам регрессии М(У/Х,) из запоминающего устройства и математического ожидания М(У) из блока памяти через управляющее устройство. На выходе сумматора появляется напряжение, пропорциональное разности М(У/Хд) - М(У), которое возводится квадратором в квадрат и поступает на вход второго канала множительного устройства. Это напряжение перемножается вторым каналом множительного устройства с напряжением, пропорциональным величине ь оставшимся в накопителе от предыдущего цикла вычислений, Результат умножения в виде напряжения, пропорционального первому слагаемому в выражении для дисперсионной функции, поступает в суммирующее устройство и запоминается в нем до следующего цикла вычисления дисперснонной функции.По окончании данного цикла вычислений запоминающее устройство и накопитель возвращаются в начальное состояние (очищаются), После этого производя,ся вычисления второй точки регрессии М(У/Х) и условной дисперсии б(У/Х а также второго слагаемого в выражении для дисперсионной функции аналогично тому, как это выполнялось в предыдущих циклах с той лишь разницей, что коммутатор осуществляет в этих циклах последовательный обход интеграторов второй строки матрицы. К концу вычислений регрессии М(У/ХД и условной дисперсии 0(У/ХД их значения фиксируются регистрирующим устройством, в запоминающем устройстве остает 6511 ся напряжение, пропорциональное регрессииМ(У/ХД, а в накопителе - напряжение, пропорциональное 2. Далее производится вычисление второго слагаемого выражения для дисперсионной функции ч;(М(У/Х 2) - М(У)1. Результат вычисления суммируется в суммирующем устройстве с предыдущим результатом изапоминается до следующего цикла вычислений дисперсионной функции, а напряжение величины д 2 суммируется в накопителе с напряжением дд, и запоминается,Подобные циклы выполняются по всем строкам матрицы интеграторов вплоть до десятойстроки, после чего в регистраторе оказываются зафиксированными регрессия М(У/Хд) иусловная дисперсия .О(У/Х,) по всем значениям индекса 1, а в суммирующем устройственакопится напряжение, пропорциональноею20 сумме Хд;М(У/Х,) - М(т)Я. В накопителев этот момент напряжение будет составлять1 О ЮвеличинУ, пРопоРциональнУю сУмме ХХд 11==Л 1, а на выходе блока деления появится на 1пряжение, пропорциональное величинеЭто напряжение перемножается блоком умножения с напряжением, поступающим с выхода50 суммирующего устройства, в результате чегов регистраторе фиксируется первая точка дисперсионной функции, соответствующая установленному временному запаздыванию т сигналов, введенному блоком записи и считываЗ 5 ния на этапе считывания исходной информации,Вслед за этим в том же порядке вычисляются в соответствии с выражениямиюм (х/у.( = - х1%111:1юдд(хг,= - х - м,хд, ;,45С - .1юО(.) = - 1 .М (Х(г+.)/У.(г+ )( -,:150 - л (х(1+ -.,)1,регрессия процесса Х, дисперсионная функция Оху(т) и условная дисперсия процессаХ(Ц. Отличие здесь состоит в том, что коммутатор осуществляет обход интеграторов матрицы не по строкам, а по столбцам, начинаяс первого интегратора гервого столбца,Следующим этапом работы устройства является вычисление корреляционной функции,соответствующей выбранному временномусдвигу т сигналов. Вычисления выполняютсяв соответствии с формулой1 О ЮВ этом цикле коммутатор осуществляет построчно, начиная с первой строки, последовательный обход всех интеграторов матрицы.При этом каждый раз в момент подклю:енияинтегратора 1 - 1 (1, 1=1, 2, , 10) улравляющее устройство изменяет коэффициентусиления первого канала множительного устройства, делая его равным величине, пропорциональной произведению У; Х в котором величины У, и Х; принимаются равными значениям, соответствующим номерам коридоров 1иприведенной шкалы. Множительное устройство усиливает напряжение, пропорциональное11. Напряжение с выхода множительного устройства поступает в суммирующее устройство,где оно накапливается так, что в момент подключения коммутатора к выходу интеграторадесятой строки и десятого столбца матрицыв суммирующем устройстве накапливаетсяю юсумма, пропорциональная величине Х Х У;1=11:1Х, . На выходе накопителя в это время напряжение соответствует величине, пропорциою юнальной сумме Х Х 1;=У, которое блокомделения преобразуется в напряжение, соответ 1ствующее - , Блок умножения осуществляетУперемножение напряжений, действующих наего входах, и выдает в регистрирующее устройство через запоминающее устройство значение корреляционной функции, соответствующее выбранному аргументу т,В случае необходимости устройство вычисляет дисперсии процессов Х и У(1):1 ОюПри этом временная задержка т при считывании информации устанавливается равной нулю. Порядок вычисления дисперсий рассмотрим на примере вычисления 0(Х(1,По команде управляющего устройства коммутатор обходит интеграторы каждой строки матрицы интеграторов, начиная с первой. После обхода каждой из строк в накопителе появляется напряжение, пропорциональное величине 1;. Это напряжение перемножается вторым каналом множительного устройства с напряжением, пропорциональным величине Хполучаемым после возведения в квадрат напряжения, пропорционального Х;, подаваемого на вход квадрата управляющим устройством через сумматор в момент подключения коммутатора к десятому интегратору 1-й строки, Полученное произведение накапливается в суммирующем устройстве и после обхода коммутатором интеграторов десятой строки матрицы на входах блока умножения появля 5 10 15 20 т =тг т 1где тг и т 1 - временные запаздывания, устанавливаемые путем смещения считывающих головок блока записи и считывания.При необходимости вычисления автодисперсионных бхх(т), бт(т) и автокорреляционных Рхх(т), Р 11(т) функций блок записи и считывания выдает при считывании информации в первое и второе входные устройства одноименные сигналы, Считывание информации при этом осуществляется двумя головками считывания, расположенными вдоль магнитной ленты на расстоянии, соответствующем временному сдвигу т, Значение автокорреляционных функций при т=О получается по результатам оценки соответствующей дисперсии (Рхх (0) =0(Х ). Оценка автодисперсионной функции для аргумента т=О вычисляется путем записи соответствующего сигнала Х(1) или У на обе дорожки магнитной ленты.Предмет изобретенияУстройство для статистической обработки информации, состоящее из вычислительного блока, блока накопления и регистрирующего устройства, соединенного с выходом вычислительного блока, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности вычисления дисперсий, дисперсионных и корреляционных функций случайных процессов, устройство содержит блок первичной обработки, первый вход которого соединен с выходом блока накопления, первый выход блока первичной обработки соединен с первым входом вычислительного блока, блок памяти, соединенный со вторым выходом блока первичной обработки, выход блока памяти соединен со входом управляющего устройства, первый выход которого соединен со вторым входом блока первичной обработки, второй выход управляющего устройства соединен со вторым входом вычислительного блока. 25 30 35 40 45 50 55 60 65 10юются напряжения Х ;Хг,;, поступающее с вы 1=11хода суммирующего устройства, и - , поступающее с выхода накопителя через блок деления. Результат перемножения этих напряжений, пропорциональный величине Р(Х(1, через запоминающее устройство поступает в регистрирующее устройство и фиксируется.Вычисление дисперсии Р(У(1 осуществляется аналогичным путем при обходе коммутатором интеграторов матрицы вдоль столбцов,Для вычисления последующих ординат дисперсионных и корреляционной функции после приведения всех узлов устройства в исходное состояние осуществляется повторное считывание исходной информации и накопление в матрице интеграторов частностей ц, соответствующих реализациям процессов У(1+т г) и Х(1+т,), смещенным один относительно другого по времени на интервал временного запаздывания357565 фиЕ. 1 Редактор Н. Белявская Корректор О, Тю Типография, пр. Сапунова,каз 252НИИПИ ставитель С, ГромоваТехред Л. Куклина Изд.1848 Тираж 406 Подписноеитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5