Адаптивный статический анализатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 51)4 С 06 С 75 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ТЕНИ 24-2 85 15онный инсти 04,87. Еюл, Канский авиациТуполева(57) Изобретени осится к вычи лительнои технике и может быть использовано при анализе случайных проЦель иэобрческого диап цессодинамиточно и анализа. Дется за сче тного способ ществлстанд(21) 386 (22) 15. (46) 23. (71) Каэ им. А,Н. (72) Н.З (53) 681 (56) Авт Мф 106428Автор Я 126581 тения - расширение эона и повышение остижение цели осуиспользования не- а формирования сигнала сходства между исследуемымпроцессом и каждым вспомогательнымгауссовским процессом. Нестандартныйспособ позволяет сжать динамический .диапазон изменения входных. сигналоврешающего блока, а благодаря наличиюрежима определения оптимальных значений математических ожиданий и дисперсий вспомогательных гауссовскихпроцессов с учетом параметров исследуемого случайного процесса достигается точность анализа, За счет инойсхемы выполнения блока измерения математических ожиданий известного анализатора и схемы введенного блока вычисления дисперсий, а также введенныхпервой и второй групп вычитателей игруппы двухполупериодных выпрямителей в схему анализатора достигаетсяконструктивное решение, позволяющеерешить поставленную задачу. 3 ил.1305730 Случайный сигнал с произвольнымраспределением поступает на вход устройства и в течение времени , определяемого блоком 14 синхронизации, 5 подключается коммутирующим элементом25 к блоку 26 измерения математических ожиданий Время т., опрецеляюшеевремя адаптации, устанавливается пожеланию исследователя путем изменения времязгдающих цепей блока 14,Блок 26 измерения математических ожиданий работает по алгоритму115 и итп = тп + - (х - тп )с 1 То"ст- Ь тп Ьтппри тп- - -х(г) тп +где х(Т) - исследуемый случайный процесс;20 тп - значение математическогоожидания на и-м выходе+тп - оценка математическогоожидания, определяемого 5 как Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиофизике, радиотехнике,в адаптивных системах и в других областях, имеющих связь со случайнымипроцессами,Цель изобретения - расширение динамического диапазона и повьппениеточности анализа1На фиг,1 представлена структурнаясхема адаптивного статистическогоанализатора; на фиг,2 и 3 - схемыблока измерения математических ожиданий и блока вычитания дисперсий.Адаптивный статистический анализатор содержит блок 1 генератороввспомогательных нормальных случайныхпроцессов, первую группу элементов2-2 вычитания, группу линейныхдвухполупериодных выпрямителей 3 -Зц,группу интеграторов 4,-4, вторуюгруппу элементов 5 -5 ц вычитания,блок 6 задания опорного напряжения,решающий блок 7, группу счетчиков8, -8, группу элементов И 9, -9, группу перемножителей 101-10, Фильтр 11низкой частоты, сумматор 12, счетчик13 нормирования результатов, блок 14синхронизации, генератор 15 тактовыхимпульсов, элемент И 16, элемент ,730задержки, индикатор 18 плотности распределения, индикатор 19 Функции распределения, первый интегратор 20, перемножитель 21, второй интегратор 22,индикатор 23 характеристической функ в 35ции, генератор 24 экспоненциальногонапряжения, коммутирующий элемент 25,блок 26 измерения математических ожиданий, блок,27 вычисления дисперсий,При этом блок 26 .измерения матгма 40тических ожиданий содержит узел 28оценки максимального и минимальногозначений сигнала, состоящий из эмиттерного повторителя 29, двух пиковыхдетекторов 30, и 30 , управляемых ин 45теграторов 31 и 32, управляемый делитель 33 напряжения, делитель 34 напряжения, узел 35 масштабирования,группу из 11 компараторов 36, группуиз Иэлементов И 37, группу из И50ключей 38, группу элементов 39 вычитания, группу стробируемых интеграторов 40, группу сумматоров 41, Блок27 вычисления дисперсий содержит группу из Б элементов 42 вычитания игруппу из В узлов 43 масштабирования,и макс мок и = 1, т 1,ного процесса;- число гауссовых компонент,Устройство работает следующим образом,где хи х- соответственно максимальное и минимальное значение случайСигнал с входа блока 26 поступает на первые входы компараторов 36-36, ключей 381 -38 п 1 и затем на узел 28, где определяются соответственно минимальное х , и максимальное х значения случайного процесса, по окончании времени т. и поступлении сигнала синхронизации с выхода блока 14. В узле 35 и делителе 33 формируются соответственно значения тп и ш которые подаются соответственно на элементы 39 - 39 к, вычитания, сумматоры 41 -41 и компараторы 36 -36 п,11 тпЗначениеформируется в делителе 34 при превышении случайным сигналом порога т-го компаратора, который в случае отсутствия сигнала с инверсного выхода т+1-го компаратора, через элемент И 37, открывает ключ 38, и подключает вход элемента 39, вычитаниявходу блока, одновременно этим ж,:управляющим сигналом открывается стробируемый интегратор 40 разрешая интегрирование, в отсутствие управляющего сигнала стробируемый интегратор 40 находится в режиме хранения.В сумматоре 41; происходит суммирование значений оценкиш и среднего отклонения, получаемого на выходе интегратора, Выход сумматора яв О ляется выходом блока. Значения математических ожиданий подаются на входы блока 27 вычисления дисперсий, который работает по алгоритму т - ш . +11 ш шдля всех 2 бе ИН ц-б 253где б; - значение дисперсии 1.-й гауссовой компоненты. Такой алгоритм легко реализуется с помощью элементов вычитания 42 -42 я и делителей на 3 43-43 и на 6 43, - 43 . Полученные значения математических ожиданий и дисперсий подаются в блок 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов и на фильтр 11.По окончании времениблок 14 обнулит счетчик 13 и подключит вход устройства через ключ 25 по входу блока 1, счетчика 13 и входам элементов 24 О 21 где происходит вычисление разности между -й составляющей гауссовой компоненты генератора нормальных случайных процессов, в линейных двухполупериодных выпрямителях 3 -3 проис 45 ходит выпрямление сигнала ошибки и после интегрирования в соответствующих интеграторах 4 -4 я, сигнал подается на вычитающие входы элементов вычитания второй группы, необходимых для50 того, чтобы не производить поиск минимального значения, реализация которого затруднительна,При вычитании из постоянного значения А, большего всех вычитаемых, мак симальная разность будет при минимальном вычитаемом. Эту операцию производят элементы 5, -5, значение А формируется в блоке 6 задания опорного напряжения, Результат вычитания подается на соответствующие входы решающего блока, которьп выберет канал с максимальным уровнем сигнала, Таким образом, импульс появится на том выходе решающего блока, где сигналбудет максимальным, Здесь 11 - напряжение на -м входе решающего блока 7,А - опорное напряжение, формируетсяв блоке 6 опорного напряжения, х(Т)реализация исследуемого случайногопроцесса, х;(С) - реализация исследуемого процесса с вспомогательного д-гогенератора блока 1.С наибольшей вероятностью наибольший сигнал будет накоплен в интеграторе того канала, реализация с генератора блока 1 которого соответствуетили наиболее сходна реализации исследуемого сигнала, В результате такогоанализа над 1 реализаций исследуемого сигнала счетчики 8 -8 зарегистрируют 1, 1 , , 1 и количество реализаций исследуемого сигнала х(С),максимально сходных с реализациямиблока 1.Таким образом, предложенное устройство всю совокупность 1 реализаций исследуемого процесса разделяетна М подсовокупностей, законы распределения которых соответствуют по вероятности законам распределения соответствующих генераторов вспомогательного нормального случайного процесса.Вероятности определяются следующим образом. Общее количество реализаций исследуемого процесса считается счетчиком 13 (его коэффициент пересчета устанавливается заранее),Припереполнении счетчика 13 с его выхода подается сигнал на другой входэлемента И 16 и далее на вход элемента 17 задержки, при этом на другиевходы элементов И 9, -9 я поступаетсигнал с выхода счетчика 13, и в перемножители 1 О, списываются нормированные показания счетчиков 8 -8 П,которые представляют собой вероятнос 1,ти=, (где= 1,Е) разделенныхподсовокупностей,Условия индикации плотности ифункции распределения требуют, чтобы они были функциями времени. Следовательно, для аппаратурного определения5 1305730 6 где Я -1 6 ц (и),плотности вероятности и Функции распределения должны быть представлены в виде функции времени, Поэтому плотности и функции распределения подсоВвокупности исследуемого процесса 5 представляются в виде функций времени, которые формируются фильтром 11. При переполненйи счетчика 13 его входным сигналом запускается генератор 15, вырабатывающий единичные импульсы 3 (С). Фильтр 11 при передаче на его вход единичных импульсов дает импульсные отклики И; (Т), где х=,11, которые зависят от времени так же, как и плотности распределения разделенных подсовокупностей от амплитуды сигнала. Импульсные отклики фильтра 11 перемножаются с вероятностями1 т.е. выходными сигналами элементов И в перемножителях 1 О. Выходные 20 сигналы перемножителей суммируются в сумматоре 12, сигналы с выхода которого подаются на вход индикатора 18 плотности распределения, и сигнал после интегрирования в интеграторе 10 подается на вход индикатора 19, на вторые входы индикаторов подаются сигналы запуска с выхода элемента 17Таким образом, на всех индикаторах синтезируются соответствующие функции, состоящие из М подсовокупностей, описываемых смесями М Ны(г)= Е. Ча(г), с 1- О, 2 ц=1;- 35 М нГИ)= 2 Ч я(И= Е ЧРИ);о=й4 Ос 1-: О, 2 =1,= Характеристическая функция в устройстве получается путем специальных функциональных преобразований случайного процесса, а именно ехр(ч 1), где- мнимая величина, ч - произвольный вещественный параметр, В дальнейшем усредняется по плотности распределение переменной 1, т.е.среднее значение функционального преобразованного исследуемого случайного процесса является функцией В (ч) =Ч у(с) ехр(з.че)йг==551 = 1 область интегрирования;цф,61 ч) - плотность распределенияи характеристическаяФункция гауссовых компонент смеси;- вероятности этих компонент,При поступлении запускающего импульса с выхода элемента 1/ генератор 24 вырабатывает напряжение ехр(уТ), которое в перемножителе 17М перемножается с сигналом , ц И (г)й сумматора 2. Выходной сигнал перемножителя 21 интегрируется в интеграторе 22 и подается на вход индикатора 23, который запускается элементом 17, После окончания цикла анализа счетчик 13 сбрасывается блоком 14.Решающий блок 7, фильтр, индикаторыплотности распределения, функциираспределения, характеристическойФункции, генератор экспоненциальногонапряжения выполнены как в известномустройстве,Блок 14 представляет из себя таймер, вырабатывающий 2 сигнала: сигнална ключ и блок 26 измерения математических ожиданий и сигнал на обнуление счетчика 13 нормирования результатов,Формула изобретения Адаптивный статистический анализатор, содержащий блок генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, блок измерения математических ожиданий, группу интеграторов, счетчик нормирования результатОв, блок синхронизации, элемент И, элемент задержки, генератор тактовых импульсов, блок интеграторов, решающий блок, выходы которого соединены соответственно с входами счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых объединены с первым входом элемента И, входов запуска генератора тактовых импульсов, входом запуска блока синхронизации и подключены к выходу счетчика нормирования результатов, синхровход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, при этом второй вход элемента И объединен стактовым входом фильтра низкой част- ты и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выходы элементов И группы подключены к первым входам перемножителей группы, вторые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра низкой частоты, а выходы перемножителей группы подключены соответственно к входам сумматора, выход которого соединен с первым 10 входом перемножителя, с информационным входом индикатора плотности непосредственно, а с информационным входом индикатора функции распределения - через первый интегратор, вто рой вход перемножителя соединен с выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход перемножителя через второй интегратор подключен к информационному входу индикатора ха рактеристической функции, входы запуска индикаторов объединены с входом генератора экспоненциального напряжения и подключены к выходу элемента задержки, вход которого подключен к выходу элемента И, при этом второй выход блока синхронизации подключен к управляющему входу коммутирующего элемента и входу синхронизации блока измерения математических ожиданий,30 информационный вход которого соединен с первым информационным выходом коммутирующего элемента, информационный вход которого является входом анализатора, а второй информационный35 выход коммутирующего элемента соединен со счетным входом счетчика нормирования результатов и входом запуска блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, первая группа информационных входов которого объединена с информационными входами первой группы входов Фильтра низкой частоты и подключена соответ ственно к выходам блока измерения математических ожиданий, содержащего группу из И компараторов, группу из М ключей и узел оценки максимального и минимального значений сигнала, информационный вход которого объединен с первыми информационными входами И компараторов группы и является информационным входом блока измерения математических ожиданий, а вход синхро низации узла оценки максимального и минимального значений сигнала является управляющим входом блока измерений математических ожиданий, о т л ич д к ш и й с я тем, что, с цельюрасширения динамического диапазона иповышения точности анализа, в неговведены блок вычисления дисперсий,первая и вторая группы по К вычитателей в каждой, группа иэ Х линейныхдвухполупериодных выпрямителей и блокопорных напряжений, а в блок измерения математических ожиданий введеныгруппа из 11-1 элементов И, группа изИ элементов вычитания, группа иэ Истробируемых интегрдторов, группа иэсуммдторов, делитель напряжения,управляемый делитель напряжения иузел задания масштабных коэффициентов, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов вычитания группы и сумматоров группы, вторые входы сумматоров группы подключены соответственно к выходам стробнруемых интеграторов группы, информационные входы которых соединены соответственно с выходами элементов вычитания группы, вторые входы которых подключены соответственно к выходам ключей группы, управляющий вход И-го ключа группы объединен с входом одноименного стробируемого интеграторагруппыи подключен к прямому выходуг-го компаратора группы, инверсныйвыход -го компдрдтора группы (г=1, 2, , Х) соединен с первым входом(г+1)-го из Иэлементов И группы, вторые входы которых подключены соответственно к прямым выходам одноименных Вкомпардторов группы, а выходы Мэлементов И группы подключены соответственно к управляющим входам Включей группы и входам синхронизации Истробируемых интеграторов, каждая пара г-го и (г+1)- го (где з. = 1, , 11-1) выходов узла задания масштдбных коэффициентов соединены соответственно с первым и вторым входами делителя напряжения, выход которого подключен к управляющему входу управляемого делителя напряжения, выходи которого соединены соответственно с вторыми входами компараторов группы, первые входы которых объединены с информационными входами ключей группы, при этом выходы узла оценки максимального и минимального значений сигнала подключены соответственно к объединенным первым информационным входам и объединенным вторым информационным входам и объединенным вторым информационным входамсоответственно управляемого делителянапряжения и узла задания масштабныхкоэффициентов, при этом второй информационный выход коммутирующего элемента анализатора соединен с первымивходами вычитателей первой, группы,вторые входы которых соединены соответственно с выходами блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов,а выходы вычитателейпервой группы через соответствующиелинейные двухполупериодные выпрямители группы подключены соответственно кинформационным входам интеграторовгруппы, выходы которых соединены соответственно с первыми входами вычитателей второй группы, выходы которыхподключены соответственно к входамрешающего блока, а вторые входы вычитателей второй группы объединены иподключены к выходу блоха заданияопорного напряжения, при этом блоквычисления дисперсии состоит из группы М элементов масштабирования и группы К элементов вычитания, выходы которых через соответствующие элементымасштабирования группы соединены соответственно с дополнительными группами входов блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов и фильтра низкой частоты, первый вход -го элемента вычитания 10 группы блока вычисления дисперсий соединен с выходом (+1)-го сумматорагруппы блока измерений математических ожиданий, второй вход -го элемента вычитания группы блока вычисле ния дисперсий соединен с выходом(-1)-го сумматора группы блока измерения математических ожиданий, а первый вход первого элемента вычитанияи второй вход И-го элемента вычитания 2 О группы блока измерения дисперсий соединены соответственно с выходами первого и М-го сумматоров группы блокаизмерения математических ожиданий.1305730 Составитель Э.СечинаТехред Л. Сердюкова Корре р Е,Рошко ктор В.Данко Подписи аз 1455 5 оизводственно-полиграфическое. предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная ВНИИПИ Госуд по делам13035, Москва ираж б 73 ственног обретени Ж, Ра комитета СССРи открытийская наб., д.