Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке

:- с,1 с ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ния цели в схему устройства-прототипа введены спецвычитатель, и групп вычитателей и блок элементов И. Изобретение может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и других подобных им функций, в,различных цифровых устройствах анализа, сжатияс и синтеза сигналов повышенной надеж- Е ности. 6 ил. ельство СССР 15/36, 1980. ьство СССР 15/36, 1970. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПО СКОЛЬЗЯЩЕЙ ВЫБОРКЕ(57) Изобретение относится к специ алиэированным средствам вычислител ной техники. Цель изобретения - по вышение быстродействия. Для достиж 98022 251 1223250 2Изобретение относится к специализированным средствам вычислительнойтехники и может быть использовано вэкспериментальной ядерной физике дляэкспресс-анализа статистическойструктуры потока йонизирующего излучения, при решении задач технической,геофизической, метеорологической имедицинской диагностики, в системахпередачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и другихподобных им функций, в различныхцифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повьппенной 5- 10 15 2025 30 35 40 45 50 надежности.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства на фиг.25 - функциональные схемы блока элементов И для случаев вычисленияравномерно взвешенного скользящегосреднего, сглаживания по методу интерированных усреднений при М=7,сглаживания оператором Хэмминга(М=З) и вычисления экспоненциальновзвешенного скользящего среднегопри М=4, на фиг. 6 - блок-схема устройства в режиме вычисления-формирования коэффициентов разложения Хаарапри М=2 .Устройство для статистической обработки результатов измерений поскользящей выборке (фиг. 1) содержитпреобразователь 1 код-частота, информации, блок 2 элементов И, М счетчиков 3-1, 3-2 3-(М), З-М,(по модулю М), элементы 16-1, 162 16-(М) и 16-М задержки,элементы И 17 в ,19,При этом блок 2 в случае вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего может быть выполнен в виде (фиг. 2) элементов И 20-1, 20-2 20-М, в случае сглаживания результатов измерений по методу интерированных усреднений, например, при М=7 - в виде (фиг. 3) первого элемента И 21, первого 22 и второго 23 триггеров, второго элемента И 24 и элемента И-НЕ 25, в случае сглаживания результатов измерений оператором Хэмминга, например, при М=З - в виде (фиг. 4) синхронного триггера 26 и элемента И 27, в случае экспоненциально взвешенного сглаживания результатов измерений, например, при М=4 - в виде (фиг. 5) трех каскадно включенных умножителей, каждый из которых содержит по одному счетчику 28-1, 28-3 по модулю 4 и по одному элементу 28-4, 28-6 запрета соответственно.Устройство для выполнения Ортогонального преобразования по ХаВру для случая М=2 и соответственно для. )=3 дополнительно содержит по (2-1)=3 вычигателя 29-30, 31-32,33-34,первая группа вычитателей содержиттри основных вычитателя 35 - 37 иодин дополнительный 38, вторая группа вычитателей содержит один основной вычитатель 39, дополнительныйвычитатель 40, третья группа вычитателей не содержит (2 -1=0)основных вычитателей и содержит лишь одиндополнительный вычитатель 41. Разрядные выходы 42 являются информационными выходами устройства нулевого порядка, т.е. на них выставляется знанекие коэффициента ОЬО)-М(о-)Т) разложения по Хаару, выхбд 43 является информационным выходом первого порядка, на котором выставляется значение коэффициента 0,5 Я а ,1) =8 3аСО,12:- хИ)-З)Т 1+ х( -1)Т 1)ез ,) ц 1Выходы 44 и 45 вычитателей второй группы являются информационными выходами устройства 2-го порядка, на которых выставляются соответственнозначения коэффициента 0,5 )Г 2 (1,1)це 8 6.)э 5405 Г 2 1(1,2): х( -3)Т 1- х(,)-,Т 1.,55 Выходы 46 - 49 вычитателей третьеигруппы являются информационными выходами устройства третьего порядка,на которых выставляются соответственно значения коэффициентовО, 5 Г 2 о (2, 1) =х (з.-8) Т 1-х Г(.-7) Т 1;0,52 а(2,2)=х(д-б)Т-х (1-5)Т;.0,542 а(2,3) =х (д) Т 3 -х Г(1-3) Т 1;0,542 а(2,4) =х 1-2) Т 1-х (-1) Т 3,где х(, Т) - значение входного кодав момент времени,1, Т (1=М+1,М+2,)Т - интервал дискретизации.Устройство для статистической обработки результатов измерений поскользящей выборке работает следующим образом.Переключение устройства в режимрегистрации осуществляется путем подачи на вход 7 сигнала (уровня)."Лог 1" (положительная логика). Приэтом собственно процесс измеренияскользящего среднего начинается смомента начала выработки на частноминформационном выходе 10 блока 1последовательного число-импульсногокода, в наперед известном масштабеотображающего дискретное значениерегистрируемого процесса. Причем вкакой бы форме не поступали в блок 1результаты измерения случайной функции: в виде интервалов времени междудвумя случайными импульсами, заполняемых (интервалы) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде амплитудного значения сигнала, промеряемоготакже (после обычного.преобразования амплитуда - время) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде параллельного двоичного кода, преобразуемого по методике код-частота, насчетный вход 10 блока 2 будут постуйать импульсы, количество которыхв заданном масштабе каждый раз будетотображать значение дискреты х(,Т).В то же время по окончании преобразования каждого текущего результата измерений х(, Т) в соответствующий число-импульсный код блоком1 на своем выходе 8 выставляется импульс "Лог 1", который в качествепоинтервального синхроимпульса поступает на одноименный вход блока 4управления. По срезу поинтервальногосинхроимпульса, т.е. при переходеэтого импульса из состояния "Лог 1"в "Лог О", счетчик 15 по модулю Мв начальный период поступления и обработки первых (М) результатов измерений последовательно увеличиваетсвои показания вплоть до установки5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Б= Ь(1-) х (-е) Т, (5)1 =огде Ь(-1)- весовые коэффициенты соответствующих 3-х счетчиуровня "Лог. 1" на его старшем по весу разрядном выходе Р . В. результате сигнал переноса со старшего по весу разрядного выхода Р счетчика 15, с одной стороны, деблокирует элемент И 17 блока 4, а с другой - запирает по входу элемент И 18. Тем самым фиксируется (защелкивается) данное состояние счетчика 15, которое вплоть до поступления на вход 7 сигнала "Лог. О" остается неизменным до окончания всего процесса обработки результатов измерений либо до момента очередного нарушения стационарности режима его работы (в случае использования предлагаемого устройства в качестве датчика случайных чисел.Вместе с этим при каждом поступлении в блок 4 синхроимпульса он поступает также на вход элемента 16-М задержки и, последовательно распространяясь через все элементы 16-3 задержки формирует на соответствующих информационных выходах 12-3 блока 4 задержанные один относительно другого управляющие сигналы для соответствующих счетчиков 3-3 информации. В результате содержимое каждого счетчика 1-1 (3=1, 2 М) информации переписывается в 3-й счет чик информации. При этом синхроимпульс "Лог, 1", каждый раз достигая первый элемент 16-1 задержки, с его выхода блокирует по входу элемент И 19. Последний в этом случае формирует на первом информационном выходе блока 4 импульс "Лог. О", который обнуляет первый счетчик 3-1 информации и одновременно в качестве командного импульса начала регистрации следующего результата измерения исследуемого процесса поступает на выход 12.Таким образом, по истечении статистической обработки первых (М) результатов измерений исследуемого процесса показания Б каждого 3-го по порядковому номеру (рангу) счетчика 3-3 информации в момент окончания регистрации число-импульсного кода каждого очередного результата измерения хд, Т 1 составляют величинуков-накопителей информации (О (( (1-1);1, 2, , М,причем Ь (3 -С) .г 05В частности, при вычислении равномерно взвешенного скользящего среднего (среднеарифметического значенияпоследних М результатов измерений)значения весовых коэффициентов Ъ,для всех счетчиков-накопителей информации одинаковы и блок 2 в этом случае может быть выполнен таким образом (Фиг. 2), что элементы И 20-3выполняют функции умножения сигналовс частотного информационного выхода10 блока 1.В случае сглаживания результатовизмерений по методу интерированныхусреднений, например при М=7, т.е. 2 Окогда сглаживание производят по разностному соотношениюБ = -х , Т 1+2 х (1-1) Т 1+Зх (1-2) Т++х (-6) Т , (6)блок 2 мажет быть выполнен согласноФиг. 3. При таком сглаживании, равносильном выполнению сначала операциивычисления равномерно взвешенногоскользящего среднего для каждых четырех результатов измерений, а затемвычислению такого же скользящегосреднего по полученным ранее скользящим средним, весовые коэффициентыЬ =Ь =1 Ь =Ь =2 и Ь =Ь =3 симметЧ ф 1 6рично (относительно центрального4-го счетчика-накопителя информации)расположенных счетчиков равны междусобой (фиг. 3). Тогда, имея в виду,что нормированное значение Ъ весового коэффициента для центрального4-го счетчика информации в блоке 2/соответственно для нормированных значений остальных коэффициентов имеемЪ =Ь =1/4 Ъ =Ь =2/4 Ь =Ъ =3/4.7 ф 2ф 3 5Указанную нормировку, т.е. делениена 4, на 2 и на 3/4, производят соответствующие узлы блока 3 (фиг.3)В результате (по истечении статистической обработки первых Мрезуль- .татов измерений) с каждым поступле 55нием очередного нового результата из-мерения х,Т 3 показания 8 последнего М-го счетчика отображают значение интерированной суммы для семи последних результатев измерений исследуемого процесса, которое (Я) сигналом "Лог. 1" на входе 11 заносится в регистр 6.В случае сглаживания при М=З результатов измерений оператором Хэмминга блок 2(фиг. 4) содержит один синхронный триггер 26, осуществляющий нормировку по шой 2 весовых коэффициентов 1- и 3-го счетчиков, и один умножитель 27. В остальном устройство функционирует аналогично.Экспоненциальное сглаживание ре-, зультатов измерений в устройстве осуществляется непосредственно по определяющему такой тип сглаживания рекуррентному соотношениюух,Т=с(1-с х (1-З)Т, (7)где с =1/М - постоянная сглаживания.Действительно, сопоставляя последнее соотношение с разностным управлением, описывающим алгоритм функционирования предлагаемого устройства, нетрудно видеть, что нормированные весовые коэффициенты (в этомслучае согласно определению экспоненциального сглаживания) должныубывать (при убывании ранга З от Мдо 1) по геометрической прогрессии,Это требование обеспечивает блок 2,который в случае М=4 и для (1-б)==3/4 может быть выполнен согласнофиг. 5,Устройство при осуществлении ортогонального преобразования по Хааруработает следующим образом.Число-импульсные коды отсчетовх,Т последовательно с периодом Трегистрируются в счетчиках З-З порассмотренному вьппе алгоритму функционирования для случая вйчисленияравномерно взвешенного скользящегосреднего, т.е. для случая, когдавсе весовые коэффициенты. Ъ для раз 4ностного уравнения равны единице,аблок 2 выполнен согласно фиг. 2.Для рассматриваемого (фиг6) в качестве примера случая вычислениявосьми коэффициентов усеченной функции Хаара (М=2 =8; и =3) показаниявсех 3 -х счетчиков. с момента времени =2 Т=8 Т представляют (3=1,.Ф)28) скользящие частичные суммывременной последовательности отсчетов согласно разностному управлению.9 12 ( -1)-го вычитателей подключены соЬответственно к первому и второму входам 1. -го и (1 -1)-го вычитателя первой группы,выходы 1-го и (1 +1)-го (1 =1ф 2; =1,2) вычитателей первой группы подключены соответственно к первому и второму входам 1 -го вычитателя второй группы, выход 1-го (1=2,4) и (9+1)-го вычитателей Р-й (Р=2, -1) группы подключены соответственно к первому и второму входам (1/2)-го вычитателя (р+1)-й группы, выходы вычитателей 1-й группы являются группой информационных выходов (и-д+1)- го порядка устройства, а.информационный выход М-го счетчика является информационным выводом нулевого порядка устройства, причем блок управления содержит М элементов задержки, три элемента И и счетчик, выход переноса которого подключен к первому входу первого элемента И, первому входу 23250 10второго элемента И, выход которогоподключен к установочному входу регистра, выход окончания преобразова-"ния преобразователя код-частота подключен к вторым входам первого и второго элементов И и входу первого элемента задержки, выход г-го (г=,М)элемента задержки подключен к установочному входу (М-+1)-го счетчика и входу (+1)-го элемента задержки, выходМ-го элемента задержки подключен кпервому входу третьего элемента И,выход которого подключен к входусброса первого счетчика, вход запуска преобразователя код-частота является входом запуска устройства исоединен с вторым входом третьегоэлемента И и входом сброса счетчика .блока управления, а выходпервого элемента И подключен ксчетному входу счетчика блока управления,1223250 Составитель А.Барановедактор В.Петраш Техред К,Бонкало рректор В,Бутя Зак о ква иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 716/53 ВНИИПИ по 113035, Тираж Государ лам изо 71венногоетений35, Рауш Подписмитета СССРткрытийая наб., д