Статистический анализатор

ОЛ ИГРАНИ Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз СоветсиинСоцивлистичесиинРеспубяйи оц 922766(23)Приоритет 3 сулФРстюиэВ квинтет СССР в деви нэвбрвтеннй в фтсрвпай(088.8) Дата опубликования описания 23.04.82 Ульянова Лежгваени государственный университет им АТИСТИЧЕС(5 й 1 ИЗА И ычнслиике иецирлиегист азвестных работки ретение относится к в тельной и измерительной технможет быть использовано в спзированных устройствах для р р ции и статистической обработки информацииИзвестны устройства для обработки статистической информации, определяющие среднее арифметическое значение нормапьно распределенных слу" чайных величин и доверительный интервал, внутри .которого с заданной надежностью находится истинное значение измеряемого параметра, выполняющие интервальную оценку измеряемых параметров 11 1, 23,И 3Наиболее близким к изобретению. по технической сущности и достигаемому результату является статистический анапизатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик объема выборки, первый и второй .блоки памяти, блок сравнения, блоки окончания цикла, сумматор, делитель,блок вычисления размаха, блок вычисления среднего квадратического от-.клонения, блок вычисления доверительного интервапа и блок регистрации РЮЗНедостатки и устройств -невозможность об многомерныхсигндлов.Цель изобретения - создание устройства, способного проводить интервальную оценку параметров от многомерных сигналов, т.е. расширение .класса решаеиах задач при дополнительном повынении точности статистического анализатора,Поставлениая цель достигаетсятем, что в устройство, содержащееаналого-цифровой преобразователь,информационные входы которого являются входами анализатора, а информационные выходы аналого-цифровогопреобразователя подключены соответственно к информационным входам счетчика объема выборки и блока памя3 9227 ти, информационные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока вычисления среднего арифметического, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй вы 5 ход и вход которого соединены соответственно с управляющими входом и выходом блока памяти, информационный выход которого подключен к пер 10 вому информационному входу арифметическо,го блока, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом15 аналого-цифрового преобразователя, а пятый выход блока управления подключен к управляющему входу счетчика объема выборки, информационный выход которого соединен с информационным20 входом блока вычисления среднего арифметического и вторым информационным входом арифметического блока, содержит счетчик числа каналов, блок определения Г-функции, блок вычисления25 коэффициентов корреляции, блок вычисления определителя корреляционной матрицы и блок определения доверительного объема, выход которого является выходом анализатора, управляюф щии вход блок определения доверительного объема соединен с шестым выходом блока управления, а первый, второй и третий информационные входы подключены соответственно к информационным выходам блока определения Г-функции, арифметического блока и блока вычисления определителя корреляционной матрицы, управляющий вход которого подключен к седьмому выходу блока управления, а группа ин- ф 0 формационных входов соединена с соответствующими выходами блока вычисления коэффициентов корреляции, управляющий вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, ф 5 первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов корреляции соединена с соответствующими выходами блока вычисления среднего арифметического, а вторая группа ин-,50 формационных входов подключена соответственно к информационным выходам блока памяти, информационные входы счетчика числа каналов соединены соответственно с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, выход счетчика числа каналов под" ключен к первому информационному вхо 66 4ду арифметического блока и информационному входу блока определения Г-Функции, управляющий вход которого подключен к девятому входу блока управления,десятый вход которого соединен с управляющим входом счетчика числа каналов, при этом информационный входблока вычисления коэффициентов корреляции соединен с выходом счетчикаобъема выборки,Кроме того, блок определения доверительного объема содержит регистры ии последовательно соединенные узелизвлечения квадратного корня, умножитель и делитель, при этом вход узла извлечения квадратного корня соединен с выходом первого регистра, входкоторого является третьим информационным входом блока, выход второго регистра подключен к другому входу умножителя, а.вход второго регистра является вторым информационным входомблока, выход третьего регистра соединен с другим входом делителя, а входтретьего регистра является первым информационным входом блока.При этом блок управления содержитпервый и второй управляющие триггеры,дешифратор, счетчик , элемент задержки и генератор тактовых импульсов,формирователь импульсов запуска, входкоторого соедйнен с первым выходомпервого управпякюцего триггера, входкоторого является входом блока, а вто"рой выход является шестым входом блока непосредственно, а через элементзадержки - четвертым выходом блока,выход формирователя импульсов запуска соединен с первым входом второгоуправляющего триггера, второй входкоторого подключен к управляющему выходу дешифратора, а выход - черезгенератор тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены соответственно к входамдешифратора, разрядные выходы которого являются соответственно десятым,пятым, вторым, первым, восьмым, третьим, седьмым и девятым выходами блока,На фиг. 1 представлена Функциональная схема статистического анализатора; на Фиг. 2 - функциональнаясхема блока определения доверительного объема; па фиг. 3 - функциональная схема блока управления.Схема содержит аналого-цифровойпреобразователь 1, выходы которогосоединены со счетчиком 2 объема вы40 1 Ки Хь х д 9 Ф 11 . 8) )1 5 9227 борки, счетчиком 3 числа каналов и блоком 4 памяти, соединеннойс первыми информационными входами блока 5 вычисления коэффициентов корреляции и через блок 6 вычисления сред 5 них арифметических - со вторым информационными входами блока 5, выходы которого подключены к блоку 7 вычисления определителя корреляционной матрицы (матрицы ковариации), выходы счетчика 3 числа каналов подключены к арифметическому блоку 8 и блоку 9 определения Г-функции, а выходы двух последних блоков и бло" ка 7 соединены с блоком 10 определения доверительного объема, выходы счетчика 2 объема выборки подключены к блокам 6, 8 и 5, а выходы блока 11 управления соединены со все" ми перечисленными блоками, причем блок 4 памяти подклюЧен по информационному выходу к арифметичес-. кому блоку 8, а по управляющему выходу - к блоку 11 управления.Входные регистры 12, 13 и 14 подключены соответственно к узлу 15 извлечения квадратного корня, умножителю 16 и делителю 17, вход которого через умножитель 16 соединен с узлом 15 извлечения квадратного корня (Фиг, 2).Первый управляющий триггер 18 через формирователь 9 импульса запуска соединен с одним из входов второго управляющего триггера 20, выход которого через генератор 21 тактовых35 импульсов подключен к счетчику 22 и далее - к дешифратору 23, управлякщий выход которого соединен со вторым входом управляющего триггера 20 (фиг. 3).Аналого-цифровой преобразователь 1 имеет число входов, равное максимально ожидаемой размерности е многомерных сигналов на входных клеммах45 анализатора, где размерность ю есть- максимальное число измеряемых параметров. Блок 4 памяти состоит из оперативного запоминающего (ОЗУ) для записи входных случайных сигналов и долговременного запоминающего узла (ДЗУ) (на схеме не показаны), где хранятся процентные критические значения Тр(Е,М) распределения Т Хотел- линга, а также все необходимые константы (например 1, 2,9 ), где р - заданная доверительная вероятность, К раэмери 1 сть поступающих многомерных случайных сигналов (1 с (ш); й 66 6объем многомерной выборки входныхсигналов.Процентные практические значенияТр(1, Й) в устройстве используютсяпотому, что обработку нормально распределенных сигналов с неизвестнойдисперсией наиболее целесообразнопроводить с помощью неприменяемогоранее на практике критерия Т распределения Хотеллинга (многомерного обоб"щения распределения Стьюдента), являющегося для данного случая наиболеемощным, т.е. дающим наибольшую точностьПо команде "Пуск" триггер 18 вырабатывает управляющий импульс, который приводит в нулевое состояниевсе блоки анализатора и после задержки разрешает работу аналого-цифровому преобразователю 1, входные данные от которого в двоичном коде подаются в блок 4 памяти для запоминанияи одновременно на счетчики 2 объемавыборки и числа каналов 3. После заполнения блока 4 памяти выдается сигнал на управляющий триггер 18, перебрасывающий триггер в новое состояние, далее через формирователь 19.импульсов запуска и второй управляющийтриггер 20 вырабатывается сигнал запуска генератора 21 тактовых импульсов,Ио первому тактовому импульсу, появившемуся на первой шине дешифратора 23 производится перезапись числа каналов 1 счетчика 3, соответствующего размерности входных сигналов,в арифметический. блок 8 и в блок 9определения Г-функции,По второму тактовому импульсупроизводится перезапись объема выборки Й из счетчика 2 в регистры ариф.метического блока 8, блока 6 вычисления средних арифметических и блока 5вычисления коэффициентов корреляции.По третьему тактовому импульсупроизводится.счигывание входных данных из блока 4 памяти и запись их вблок 6 вычисления средних арифмети-,ческих, где в каждом 1 -том каналевычисляются средние арифметические. Ио четвертому тактовому импульсу производится перезапись констант из блока 4 памяти в арифметический блок 8 и блок 9 определения Г.-функции.Формула изобретения 9227При этом в блоке 8 вычисляется коэф 4фициент а в блоке 9 вычисляется значениеГ-функции Г(с/2+1).На вход блока 9 поступают значения Я из блока 4 памяти.Влок 9 определения Г-функции выпол-онен в 33.По пятому тактовому импульсу производится считывание входных данныхс блока 4 памяти и значений х; сблока .6 вычисления средних арифметических и запись в блок 5 вычисления коэффициентов корреляции, гдевычисляются коэффициенты корреляциимежду всеми 1-еЬеми и-тими каналамиМ201)-н. ,1 "4 Ъ)По шестому тактовому импульсу производится перезапись коэффициентовкорреляции 1 р из блока 5 в блок 7 25вычисления определителя корреляционной матрицы, где вычисляется значениеопределителя бей / 13//Блок 5 вычисления определителя корреляционной ма;рицы выполнен в 41 зоПо седьмому тактовому импульсу,производится перезапись значенийиз блока 11 на первый регистр 2блока 10 определения доверительногообъема, из блока 5 - на второй регистр 13 блока 10 и из блока 9 - натретий регистр 4 блока О.Значение деВ 811// спервого регистра 12 поступает в узел 15 извлечения квадратного корня, затем значенне 1 оея ся 1 ц/ Уннонается на коэффициент А в умножителе 16 и полученный результат делится на значение Г-функции Г Ос/2+1) в делителе17, таким образом, в блоке 10 производится вычисление значения объемадоверительного эллипсоида.ч;.д 9 еееее /гейее 1,где Ч - объем эллипсоидаг50которое подается на выходную клеммустатистического анализатора.По восьмому тактовому импульсу ввторой управляющий триггер 20 пре"кращает работу генератора 21 тактовых импульсов.Предлагаемый анапизатор позволяет производить интервальную оценку параметров от многомерных сигналов, т.е. по сравнению с известным рас-. ширяет класс решаемых задач, Многомерную интервальную оценку в принципе возможно производить, взяв парал" лельно 1 устройств, определяющих до-, верительньее интервалы. В этом случа в качестве доверительной области будет выступать доверительный параллелепипед с объемомя где е- процентное критическое значение распределения Стьюдентае5,. - среднеквадратические отклонения.В предлагаемом анализаторе сокра щения оборудования тем больше, чем большую размерность имеют многомерные входные сигналы.Ввиду того, что обработка нормально распределенных сигналов производится с помощью неприменяемого ранее на практике критерия Т Хотеллинга, то получим наиболее точную многомерную интервальную оценку, так как указанный критерий является теоретически наиболее мощным. 1. Статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, информационные входы которого являются входами анализатора, а информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подкпючены соответственно к информационным входам счетчика объема выборки и блока памяти, информационные выходы которого соединены с соответствущцими информационными входами блока вычисления среднего арифметического, управляеещий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход и вход которого соединены соответственно с управляащими входом и выходом блока памяти, информационный выход которого подключен к первому информационному входу арифметического блока, управлякаий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход ко9 9227 торого соединен с управляющим входом аналого-циФрового преобразователя, а пятый выход блока управления подключен к управлякщему входу счетчика объема выборки, информационный выход ко" 5 торого соединен с информационным входом блока вычисления среднего арифметического и вторым информационным входом арифметического блока, о т - л и ч а Ю щ и Й с я тем, что, с це О лью расширения функциональных воз" можностей за счет определения интервальной оценки. параметров многомерных сигналов, он содержит счетчик числа каналов, блок определения Г-функции, 15 блок вычисления коэффициентов корреляции, блок вычисления определителя корреляционной матрицы н блок определения доверительного объема, выход, которого является выходом анализатора 20 управлякщий вход блока определения доверительного объема соединен с шестым выходом блока управления, а первый, второй и третий информационные входы подключены соответственно к ин- г 5 формационным выходам блока определения Г"функции, арифметического блока и блока вычисления определителя корреляционной матрицы, управляющий вход которого подключен к сеДьмому выхо- ЗО ду блока управления, а группа инфор" мационных входов соединена с соответствукщими выходами блока вычисления коэффициентов корреляции, управляющий вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов корреляции соединена с соответствукщими выхода-ми блока вычисления среднего арифметического, а вторая группаинрорма".ционных входов подключена соответственно к информационным выходам бло" ка памяти, информационные входы счет"чика числа каналов соединены соо 7- ветственно с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, выход счетчика числа каналов подкпючен к первому информационному входу арифметического блока и информацион 50 ному входу блока определения Г-Функции, управляющий вход которого подключен к девятому входу блока управления, десятый вход которого соединен с управляющим входом счетчика числа каналов, при этом информацион 55 ный вход блока вычисления коэффици 66 1 О ентов корреляции соединен с выходомсчетчика объема выборки.2. Анализатор по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что блок оп-.ределения доверительного объема содержит регистры и последовательносоединенные узел извлечения квадратного корня, умножитель и делитель,при этом вход узла извлечения квадратного корня соединен с выходомпервого регистра, вход которого является третьим информационным входом блока, выход второго регистраподключен к другому входу умножнтеля, а вход второго регистра является вторым информационным входомблока, выход третьего регистра соединен с другим входом делителя, авход третьего регистра является первым информационным входом блока.3. Анализатор по и. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления содержит первый и второй управляющие триггеры, дешифратор, счетчик, элемент задержки и генератор тактовых импульсов, Формирователь импульсов запуска, вход которого соединен с первым выходом первого управляющего триггера, вход которого является входом блока, а второйвыход является шестым входом блоканепосредственно, а через элемент задержки - четвертым выходом блока,выход формирователя, импульсов запуска соединен с первым входом второгоуправлянщего триггера, второй входкоторого подключен к управляющемувыходу дешнфратора, а выход - черезгенератор тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены соответственно к входамдешифратора, разрядные выходы которого являются соответственно десятым,пятым, вторым, первым, восьмым, третьим, седьмыми девятым выходами блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 458832 кле 6 06 Г 15/361 19752. Авторское свидетельство СССРИф 551651, кл. 6 Об Г 15/36, 19773. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2731998/24, кл. С 06 Г 15/321979,4. Авторское свидетельство СССРУ 404090, кл. С 06 Г 15/32, 1973.2583/65 Тир ВНИИБИ Госуд по делам 13035, Москваж 732 Подписноественного комитета СССРобретений и открытий