Статистический анализатор

(54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЗИЗАТОР Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при аппаратурном анализе случайных величин, а именно для статистического анализа случайных мехаб нических нагрузок.Известно устройство для статистического анализа случайных величин, содержащее первый и второй компараторы, первые входы которых соединены10 со входом устройства, а вторые с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к реверсивному счетчику, соединенному с дешифраторам, максимумов, подключенному к первой группе входов счетно-регистрирующего блока, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, входы которого подключены к счетчику, соединенному с генератором эталонной частоты, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого и второго зле" ментов И соответственна, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выход первого элемента И подключен к управляющим входам де" шифраторов, а выход второго элемента И соединен с установочным вхо" дом счетчика 1 1.Данное устройство характеризуется запоминанием в ряде случаев избыточной информации при анализе экстремумов, связанной с наличием на кривой исследуемого сигнала локальных экстремумов, т,е. экстремальных значений сигнала, разность меяду которыми не превышает заданной величиныеНаиболее близким к предлагаемому является статистический анализатор,содержащий первый и второй компара 91153850 торы, первые входы которых соединеныс входом устройства, а вторые - ссоответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к первому реверсивному 5счетчику и к дешифратору максимумов,выходы которого подключены к первойгруппе входов счетно-регистрирующего блока, вторая группа входовкоторого соединена с выходами дешифратора полупериодов, входы которого подключены к счетчику, соединенному с генератором эталонной частоты, выходы первого и второго компараторов подключены соответственнок суммирующим и вычи акающим входампервого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входамтриггера и к первым входам первогои второго элементов И соответственно, вторые входы которых подключенысоответственно к единичному и нулевому выходам триггера, третьи входыкоторых подключены к выходам логического блока исключения локальных 25экстремумов, выход первого элементаИ подключен к управляющим входам дешифраторов и к первому входу элемента ИЛИ, а выход второго элемента Исоединен с установочным входом счетчика и с вторым входом элемента ИЛИ,выход которого соединен с установочным входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с логическим блоком 2 ,35Однако известное устройство характеризуется недостаточной достоверностью анализа случайных процессов с учетом локальных экстремумов,это вызвацо тем, что локальность 40данного экстремума определяется только по разности его амплитуды предыдущего экстремума (эта разность сравнивается с заданной), но не всегдаучитывается разность амплитуд данного и последующего экстремумов.Понятно, что если разность амплитуддвух соседних экстремумов не превышает заданную, то оба экстремумав равной мере могут быть названылокальными. Кроме того, во второмреверсивном счетчике не всегда накапливается разность двух соседнихэкстремумов - максимума и минимумаили минимума и максимума. В некоторых случаях эта разность равна разности соседних максимумов или саседцих минимумов, что также снижаетточцосгь цализа. Цель изобретения - повышение достоверности за счет исключения лож"ных экстремумов,Указанная цель достигается тем,что статистический анализатор, содержащий два элемента сравнения,первые входы которых соединены свходом устройства, а вторые с соответствующими выходами цифроаналогового.преобразователя, подключенного входами к выходам первого реверсивного счетчика, дешифратор максимумов выходы которого подключены кпервой группе, входов блока памяти,вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, генератор эталонной частоты, выход которого подключен квходу счетчика, выходы первого и второго элементов сравнения подключенысоответственно к суммирукщим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичномуи нулевому входам триггера и к первым входам первого и второго элементов И соответственно, вторые входыкоторых подключены соответственно кединичному и нулевому выходам триггера, выходы первого и второго элементов И подключены к первым входам третьего и четвертого элементов Ии к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен сустановочным входом второго реверсивного счетчика, выходы которогоподключены соответственно к входампервой группы цифровой схемы сравнения, выход которой соединен свторыми входами третьего и четвертого элементов И, вторая группавходов цифровой схемы сравненияявляется дополнительными входамианализатора, выход четвертого элемента И подключен к установочномувходу счетчика, дополнительно содержит регистр максимумов и регистрполупериодов, разрядные входы которого подключены соответственно квыходам счетчика, а выходы соеди"нены с входами дешифратора полупериодов, разрядные входы регистра максимумов подключены к выходам первого реверсивного счетчика, а выходы подключены ко входам дешифратора максимумов, выход третьего элемента И соединен с управляющими входами регистра максимумов и регистраполупериодов, а выход четвертогоэлемента И подключен к управляющим5 9115 входам дешифратора максимума и дешифратора полупериодов и к установочным входам регистра максимумов и регистра полупериодов.На. фиг. 1 приведена структурная 5 электрическая схема статистического анализатора, на фиг. 2 " диаграмма, поясняющая его работу.Статистический анализатор содержит генератор 1 эталонной частоты, 10 счетчик 2, регистр 3 нолупериодов, дешифратор 4 полупериодов, блок 5 памяти, первый 6 и второй 7 элементы сравнения, первый реверсивный счет" чик 8, регистр 9 максимумов, дешифратор 10 максимумов, цифроаналоговый преобразователь 11, триггер 12, первый и второй элемент И 13 и 14, третий и четвертый элементы И 15 и 16 элемент ИЛИ 17, второй реверсивный 20 счетчик 18, цифровую схему 19. сравнения. Блок 5 памяти содержит счетчики, каждый из которых накапливает число повторений заданных сочета. - ний значений нелокального максимума и нелокального полупериода.Анализатор работает следующим образом.Элементы 6 и 7 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 11 и ре версивный счетчик 8 образуют систему, которая осуществляет равномерное квантование входного сигнала по уровню. Триггер 12 и элементы И 13 и 14 определяют момент появления экстремума. Элементы И 15 и 16. элемент ИЛИ 17, реверсивный счетчик 18 и цифровая схема 19 сравнения предназначены для исключения учета локальных экстремумов, в схему 19 записы- вается число, пропорциональное амплитуде локального экстремума. Счетчик 2 считает импульсы с генератора 1 эталонной частоты и является датчиком времени, фиксируя длительность полупериода - время,.прошедшее между моментами достижения входным сигналом минимума и максимума. Регистр 3 полупериодов предназначен для промежуточного хранения значения полу- периода, переписанного со счетчика .8. Дешифратор 4 полупериодов обеспечивает выборку значения нелокаль-, ного полупериода, т.е, время, прошедшее между моментами достижения входным сигналом нелокального минимума и последовавшего за ним нелокального максимума, а дешифратор 10 максимгмов предназначен для выборкит 38значения этого нелокального максимума с регистра 9 максимумов.При увеличении входного сигнала появляются импульсы на выходе элемента 6, а при уменьшении - на выходе элемента 7, устанавливая триггер 12 в первом случае в единичное состояние. а во втором - в нулевое. Выходные потенциалы триггера 12 подаются на первые входы элементов И 13 и 14, на вторые входы которых. поступают импульсы с элементов 7 и 6 соответственно. Первый импульс с выхода элемента 6 является признаком появления минимума и пропускается элементом И 14, а все последующие не проходят через элемент И 14, так как он блокируется потенциалом с выхода триггера 12. Аналогично работает и элемент И 13, который пропускает первый импульс с выхода элемента 7, который является признаком максимума. Число, пропорциональное амплитуде входного сигнала, формируется в реверсивном счетчике 8. После появления очередного экстремума импульс с выхода одного из элементов И 13 и 14 через элемент ИЛИ 17 сбрасывает в ноль реверсивный счетчик 18. При достижении входным сигналом следукщего экстремума в реверсивном счетчике 8 накапливаетсячисло, пропорциональное разности амплитуд данного и предыдущего экстремумов. Если полученная разность не превышает заданную, т.е. данный экстремум является локальным по отношению к предыдущему, то схема 19 выдает запреща-. ющий потенциал на элементы И 15 и 16. Таким образом, при появлении каждого экстремума реверсивный счетчик 18 сбрасывается в ноль и в нем будет формироваться разность амплитуд всех соседних экстремумов. Импульсы с выходов элементов И 13 и 14 проходят через элементы И 15 и 16 в том случае, если соответствукпцие экстремумы не являются локальными по отношению к предьдущим.При появлении данного нелокального максимума импульсом с выхода элемента И 15 производится перезапись числа, пропорционального .амплитуде данного максимума, с реверсивного счетчика 8 в регистр 9 максимумов и перезапись числа, пропорционального полупериоду данного максимума и ближайшего к нему из предшествовавших нелокальных минимумов,/ 911538 со счетчика 2 в регистр 3 полупериояовИыборка этих чисел в блок 5 памяти происходит только в том случае, если за данным нелокальным максиму" мом следует ближайший нелокальный экстремум-минимум. Тогда импульсом с выхода элемента И 16 производится выборка этих чисел с регистров 9 и 3 через дешифраторы 1 О и 4 в 1 О блок 5 памяти.Если же за данным нелокальным максимумом появляется ближайший нелокальный экстремум-максимум (а это происходит и том случае, если за дан ным нелокальным максимумом следует локальный минимум, по отношению к которому данный максимум является локальным ), то в регистр 9 переписывается вместо данного максиму ма (уже ставшего локальным), число, пропорциональное амплитуде нового нелокального максимума (по отношению к последовавшему за данным максимумом локальному минимуму), а в 25 регистр 3 переписывается вместо данного локального полупериода число, пропорциональное новому полуперноду между новым нелокальным максимумом и ранее упомянутым, ближайшим (из ЗО предшествовавших нелокальньп 4 минимумом. Затем, после появления ближайшего ( из последовавших) нелокального минимума, производится выборка с регистров уже этих чисел в блок 5, па- З 5 мяти, а не ранее записанных, и т.д. Так учитывается локальность максимума по отношению к последовавшему за ним минимуму.При появлении данного нелокально го минимума импульсом с выхода элемента И 16 производится не только выборка чисел с регистров 9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в блок 5 памяти, но и последующий сброс в ноль 45 этих. регистров и счетчика 2. 11 ри этом регистры 9 и 3 подготавливаются для записи следующей информации а в счет)чике 2 начинает накапливаться значение следующего полупериода, Если за 50 данным нелокальным минимумом следует ближайший нелокальный экстремум- минимум ( а это произойдет в том случае, если за данным нелокальным минимумом следует локальный максимум, 55 по отношению к которому данный минимум является локальным), то счетчик 2 снова сбрасывается в ноль (при этом записи в блок 5 памяти не происходит, так как регистры предыдущим минимумом сброшены в ноль, а заниси новой информации в регистры еще не было), в котором начинает накапливаться число, пропорциональное новому полупериоду, но уже по отношению к этому нелокальному ми" нимуму, и т.д. Так учитывается локальность минимума по отношению к последующему за ним максимуму.Работу устройства проиллюстриру" ем на примере анализа иьин реализации случайного процесса.Предположим, что данная реализация содержит локальные экстремумы в точках , В, д, е (фиг. 2)При наличии минимума (точка С) первый импульс с выхода элемента 6 проходит через элемент И 14, после чего потенциалом с выхода триггера 12 элемент И 14 закрывается для последующих импульсов. При наличии разрешения со схемы 19 (разность амплитуд данного минимума и предшествовавшего ему максимума превышает заданную) импульс с выхода элемента И 14 проходит через элемент И 16 и поступает на управляющие входы дешифраторов 1 О и 4 и на установочные входы регистров 10 и 3 и счетчика 2. При этом производится выборка чисел с регистров 9 и 3 в блок 5 памяти и последующий сброс в ноль этих регистров счетчика 2. Начинается отсчет нового полупериода в счетчике 2. Импульс с выхода элемента И 14 также сбрасывает в ноль через элемент ИЛИ 7 реверсивный счетчик 8. Начинается отсчет разности амплитуд данного минимума и последующего максимума.При наличии максимума (точка о) первый импульс с выхода элемента 7 проходит через элемент И 3, после чего потенциалом с выхода триггера 12 элемент И 3 закрывается для последующих импульсов. При наличии разрешения со схемы 19 (разность амплитуд данного максимума и предыдущего минимума в точке Ю превышает заданную) импульс с выхода элемента И 13 проходит через элемент И 15 и поступает на управляющие входы регистров 9 и 3. При этом с реверсив-, ного счетчика 8 переписывается число, пропорциональное амплитуде данного максимума, в 1)егистр 9, а со счетчика 2 переписывается полупериодоль, но сбрасывается в ноль счет" ик 2, в котором начинается отсчет олупериода Т А ( так как полупериодотсчитывается от минимума в точе О , который является локальным по отношению к последовавшему за ним максимуму в точке В .При последующем максимуме в точкепроисходит перезапись числа с реверсивного счетчика 8 в регистр 9 максимумов и со счетчика 2 в регистр 3 полупериодов. Далее статистический анализатор работаетанвлогично.Таким образом, при работе устройства не регистрируется избыточная информация при анализе экстремумов, связанная с наличием локальных экстремумов. По сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает более высокую достоверность анализа случайных процессов за счет учета локальности данного экстремума как по отношению к предшествовавшему ему экстремуму, так и по отношению к экстремуму, последовавшему за ним. Формула изобретения Статистический анализатор, содержащий два элемента сравнения, первые входы которых соединены с входом устройства, а.вторые с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к выходам первого реверсивного счетчика, дешифратор максимумов, выходы которого подключены к первой группе входов блока памяти, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, генератор эталонной частоты, выход которого подключен к входу счетчика, выходы первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к суммирующим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого н второго элементов И соответственно,вторые входы которых подключены соответственнок единичному и нулевому выходам триггера, выходы первогои второго элементов И подключены к первым входам третьего и четвертогоэлементов И и к соответствующемувходу элемента ИЛИ, выход которогосоединен с установочным входом второТ, в регистр 3. Импульс с выхода эле- нмента И 13 через элемент .ИЛИ 17 так- чже сбрасывает в ноль реверсивныйпсчетчик 18. Начинается отсчет разно- Тсти амплитуд данного максимума и по- кследующего минимума.При последующем минимуме в точке8 импульс с выхода элемента И 14 непроходит через элемент И 16, так какотсутствует разрешение со схемы 19 -данный экстремум является локапьнымпо отношению к максимуму в точке дЭтим импульсом сбрасывается реверсивный счетчик 18.При наличии максимума в точке , , 15разность амплитуды которого и амплитуды предшествовавшего минимума в точ.ке 8 превышает заданную, импульсс выхода элемента И 15 производитперезапись с реверсивного счетчика 8 20числа, пропорционального амплитудеданного максимума, в регистр 9 ( вместо ранее там записанного числа, пропорционального амплитуде максимума вточке д, так как этот максимум является локальным по отношению к последовавшему за ним минимуму в точке 4 и перезапись со счетчика 2числа, пропорционального полупериоду Т, в регистр 3 (вместо ранее ЗОтам записанного локального полупериода Т,1).При последующем минимуме в точкед (разность его амплитуды и амплитуды предыдущего максимума в точке 2, З 5превышает заданную) импульс с выхода элемента И 16 производит выборку числа с регистров 9 и 3 через дешифраторы 1 О и 4 в блок 5 памяти,после чего сбрасывает в ноль регистры 9 и 3 и счетчик 2. Б счетчике2 начинается отсчет полупериода Т 3.1 ри появлении максимума в точке 6 , который является локальнымпо отношению к минимуму в точке 45импульс с выхода элемента И 13 непроходит через элемент И 15.При появлении следующего минимума в точке 3 С(разность амплитудыкоторого и амплитуды предыдущего 50и максимума в точке 8 превьшаетзаданную) импульс с выхода элемента И 16 поступает на управляоциевходы дешифраторов 10 и 4 и установочные входы регистров 9 и 3 и счет.55чика 2. При этом не производитсявыборка числа с регистров 9 и 3,так как они ранее сбрасываются вго реверсивного счетчика, выходы которого подключены соответственно к входам первой группы цифровой схемы сравнения, выход которой соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, вторая группа входов цифровой схемы сравнения является дополнительными . входами анализатора, выход четвертого элемента И.подключен к установочному входу счетчика, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности анализа за счет исключения ложных экстремумов,он дополнительно содержит регистр .максимумов и регистр полупериодов разрядные входы которого подключены соответственно к выходам счет" чика, а выходы соединены с входами дешифратора полунериодов, разрядные входы регистра максимумов подклю-о чены к выходам первого реверсивного счетчика, а выходы подкчюченык входам дешифратора максимумов,выход третьего элемента И соединенс управляющими входам и регистрамаксимумов и регистра полупериодов,а выход четвертого элемента И подключен к управляющим входам дешифратора максимумов и дешифратора полупериодов и к установочным входамрегистра максимумов и регистра но"лупериодов. 4Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 417793, кл. 6 06 Г 15/36, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 503247, кл. С 06 Г 15/36, 1975.911538 Составитель В.ФукаловТехред М,Тепер Корректор С,Щомак Редактор С.Юско Филиал ШН 1 Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 1130/41 Тираж 732 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5