Устройство для определения закона распределения вероятностей

СОЮЗ СОВЕТСНИХсоцидлистичеснихРЕСПУБЛИК 19) ИИ 51)5 С Об Р 15/ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВУ А ВТОРСНОМУ СВИ обретения - повышнепрерь зноя опр ределения вероятн постоянства относ вам. Цель и точности пр нееленинтей иелъной закона рас обеспечение СССР1983.нныес, 481,(54) УСТРОЙСНА РАСПРЕДЕЛЕ (57) Изобрет лизированным ВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙние относится к специа-,вычислительным устройстами точзан емого устрные диаграммработы.Устройса атор 1,ратор 35, третий. одержит (фиг. рсивный счетчик о с 2, гевтороинты Ирвыйс упсов, первьп 4,твертый 7 элемемент ИЛИ 9, иелители частот импул бич 8, э й 11 элемент НЕ 10 и второ равляемыми ициентами деления,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпо изОБРетениям и ОТКРытиямпРи Гннт сссР(56) Авторское свидетельствоКф 1179371, кл. С 06 Р 15/36,Мирский Г. Я, Радиоэлектроизмерения, М,: Энергия, 1975,1 Изобретение относится к специалированным вычислительным устройствам может быть использовано для измерения статических характеристикраюших сигналов в радиоканалахЦель изобретения - повышениености при непрерывном определенкона распределения вероятностейобеспечение постоянства относитпогрешности измерений для различуровней анализа.На Фиг. 1 показана схема предлагаства; на Фиг. 2 - времен"поясняющие принцип его погрешности измерении для различныхуровней анализа. Поставленная цельдостигается введением третьего и четвертого элементов И, элемента НЕ,элемента ИЛИ, второго делителя частоты с управляемым коэФфициентом деления и узла задания начального кодаделения, Устройство позволяет определять законы распределения вероятно -стей случайных процессов. 1 з.п.ф-лы; 2 ил. узел 12 задания начального кода деления, блок 13 памяти и формирователь 14 одиночного импульса.Компаратор 1 Формирует на своем выходе напряжение, соответствующее напряжению "1", если (й) А. Если У(С) ( А, на выходе компаратора Формируется "0", Первь вход компаратора 1 соединен с информационным входом устройства, а на второй вход компаратора 1 от внешнего источника подают напряжение, соответствуюшее заданному уровню анализа А. Выход компаратора 1 соедиеен с шиной (входом) сложения реверсивного счетчика 2, первым входом первого элемента И 4, вторым входом третьего элемента И б и входом элемента НЕ 8, выход которого подключен к шине (входу) вычитания реверсивного счетчика 2, первому входу второго элемента И 5 и второму входу четвертого элемента И 7. Реверсивныйсчетчик 2 содержит и+1 разрядных триггеров и служит для сглаживания случайного процесса У(й) Единичный выход старшего и+1-го разрядного5 триггера реверсивного счетчика 2 подключен к объединенным первым входам третьего 6 и четвертого 7 элементов И, Генератор 3 импульсов вырабатывает Импульсную последовательность коротких импульсов с частотой следованияЕго выход подключен к объединенным счетным входам первого 10 и второго 11 делителей частоты с управляемыми коэффициентами деления, Гене 1 атор 3 импульсов, первый 10 и второй 11 делители частоты с управляемыми коэрриЦиентами деления К и К соответстг Ценно служат для формирования импульЮных последовательностей с частотами Юледования й, = Ег: К, и Г = К : К1 Которыми заполняется реверсивный счетчик 2 во время анализа процесса.1 ыходы первого 10 и второго 11 делителей частоты с управляемыми коэффиЦиентами деления К и К соответст - Ненно подключены к вторым входам первого 4 и второго 5 элементов И, выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ 9, выход которого подключен 30 К счетному входу реверсивного счетчиКа 2, Элементы И 4 и 5 и элемент ЯЛИ 9 подключают к счетному входу реверсивного счетчика 2 (в соответствии Ю алгоритмом работы устройства) выход Делителя 10 частоты или выход делите-,йя 11 частоты, При этом на счетный вход реверсивного счетчика 2 поступаЕт импульсная последовательность с частотой Й = Гг , К или Г = Е -Кд40 процесс заполнения реверсивного счетчика 2 импульсами разной частоты показан на фиг. 2.Делители 10 и 11 частоты с управляемыми коэффициентами деления идентичны и имеют первый и второй упранляющие входы, Если на первый управляющий вход (+) делителя 10 (11) частоты воздействует "1", то коэффициент деления К(К ) увеличивается наи становится ранным К. + 1 (К+ 1),50 Если на второй управляющий вход (-) делителя 10 (11) частоты воздействует 1", то коэффициент деления К(К ) уменьшается на 1 и становится равным К- 1 (Кв . 1), Первый управляющий Вход (+) делителя 10 объединен с вто-. рым управляющим входом (-) делителя 11 и подключен к выходу третьего элемента И 6, а второй управляющийвход (-) делителя 10 объединен с перньк управляющим входом (+) делителя11 и соединен с выходом четвертогоэлемента И 7. Благодаря такому включению делители 10 и 11 изменяют своикоэффициенты деления К, и К взаимосвязанно. При появлении. "1" на выходетретьего элемента И 6 К увеличивается на 1, а К уменьшается на 1, Припоявлении "1" на выходе четвертогоэлемента И 7 коэФФициент деления Куменьшается на1, а К 2 увеличиваетсяна 1,Делители 10 и 11 частоты с управляемыми коэффициентами деления целесообразно выполнять с максимальновозможными коэффициентами деленияКмакс = 10 (например, при 1 = 2 К =310 = 100). Для обеспечения нормальной работы устройства необходимоустановить в начальный момент времени(после включения питания устройства)коэфФициенты К и К деления делителей 10 и 11 частоты равными: КК = Ко = К /2 (в рассматриваемомпримере Ко = Кщо /2 = 100/2 = 50).Это обеспечивается с помощью узла 12задания начального кода деления,Разрядные входы установки коэффициента деления первого 10 и второго11 делителей частоты подключены к соответствующим разрядным выходам узла12 задания начального кода деления,При включении питания устройства узел12 задания начального кода деленияосуществляет на своих разрядных выходах задание в параллельном коде (например, двоичном) числа, соответствующего Ко Кмоюс/2 = 100/2 = 50, Следовательно, количество разрядов 2 "Кщ. В рассматриваемом примерег = 7, 2 = 128 ) 100. После установТки начального кода, соответствующегоначальным коэффициентам деления делителей 10 и 11 частоты (К = 50) узел12 задания начального кода деленияотключается и в дальнейшей работе устройства участия не принимает, а коэффициенты деления Ки К в дальнейшемустанавливаются автоматически,Узел 12 задания начального кода деления содержит Формирователь 14 одиночного импульса, который обеспечивает в момент включения питания ) .устройства формирование одиночного импульса, и блок 13 памяти.30 55505Принцип работы предлагаемого устройства состоит в следующем.Автоматически производится изменение коэффициентов деления делителей 10 и 11 частоты К и К так, чтобы усредненное количество импульсов, суммируемых и вычитаемых реверсивным счетчиком 2, оказалось равным условию О Поскольку интервалы времени, в те 5 чение которых случайная величина У соответственно меньше анализируемого уровня А(Ье 1, ) (фиг. 2) и больше или равна А (Ай), оцениваются путем20 заполнения их импульсами с,частотами 1+) 1 г К 1 и (- = а = гК , оценки вероятности Р и 1 - Р нахождения процесса ниже и выше уровня А оказываются равными: ГГ Р(2) Г) Е, 1-Р Таким образом, в установившемся режиме, характеризуемом выполнением равенства (1), соотношение частот Г,. и Е определяет оценку Р.Устройство работает следуюшим образом,35Случайный процесс поступает на пер" вый вход компаратора 1, на второй вход которого от внешнего источника подают напряжение, соответствующее значению уровня анализа А. Компаратор 40 1 работает по алгоритму . 33 6И 4 и элемент ИЛИ 9) подключение выхода первого делителя 10 частоты к счетному входу счетчика 2, при этом второй элемент И 5 закрыт сигналом "О" с выхода элемента НЕ 8, На вход счетчика 2 поступают импульсы с частотой следования Г = Г : К , содержимое счетчика 2 возрастает. Как только У(С) - А поменяет знак (станет отрицательным), на выходе элемента НЕ 8 возникает "1", которая переводит счетчик 2 в режим вычитания и обеспечивает подключение выхода второго делителя 11 частоты к счетному входу счетчика 2 (через элементы И 5 и ИЛИ 9). При этом на вход счетчика 2 поступают импульсы частотой следования Г = й г , К , содержимое счетчика 2 уменьшается,Коэффициенты деления К и К делителей 10 и 11 частоты изменяются автоматически. При этом реализуется следующий алгоритм работы, В начальный момент времени (после включения устройства) с помощью узла 12 задания начального кода деления коэффициенты деления делителей 10 и 11 устанавливаются равными: К= Кмаксl = К (в рассматриваемом примере К = К = Ко = 50). Узел 12 задания начального кода деления работает только в течение времени появле- ния короткого одиночного импульса записи, по окончании которого узел 12 задания начального кода деления отключается и в дальнейшей работе устройства участия не принимает, Автоматическое управление коэффициентами деления Ки К в дальнейшем осуществляется путем подачи логических сигналов, формируемых третьим и четвер(3) А(0,О, если У(С) 45 Логический сигнал компаратора 1 подается на шину (вход) сложения реверсивного счетчика 2 непосредственно, а на шину (вход) вычитания - через элемент НЕ 8. Если У - АО, то "1 " с выхода компаратора 1 устанавливает реверсивный счетчик 2 в режим сложения, Если У - А ( О, то "1 " с выхода элемента НЕ 8 устанав 55 ливает реверсивный счетчик 2 в режим вычитания, Одновременно "1" с выхода компаратора 1 открывает первый элемент И 4, обеспечивая (через элемент тым элементами И 6 и 7, на первые ивторые управляющие входы (+ и -) первого и второго делителей 10 и 11 частоты, Благодаря соответствующемувключеиию первых и вторых управляющихвходов делителей 1 О и 11 частоты коэффициенты деления К .и К изменяютсявзаимосвязанно, При появлении на (и++1)-ом разрядном выходе реверсивногосчетчика 2 импульса переполнения в тетечение времени суммирования (когдана шине сложения счетчика 2 имеется"1") на выходе третьего элемента И 6появляется "1", которая поступает напервый управляющий вход (+) первогоделителя 10 частоты и на второй управляющий вход (-) второго делителя 11(4) Где Т И = Ко/Ег - период следованиясчетных импульсов;2 Т - время переполненияИреверсивного счетчика 2,40 При этом алгебраич еск ая сумма к о 45личества импульсов М, поступающих насчетчик 2 в режимах сложения и вычитания, колеблется в диапазоне 0И ( 2 или помещается в п разрядах,При этом на выходе (и+1) -го разрядасчетчика 2 импульсы переполнения непоявляются и, следовательно, коэффициенты деления делителей 10 и 11 частоты остаются неизменными и равнымиК, = К = 50,55Режим 2, Пусть производится определение вероятности Р для случая когда входной уровень А оказался равным частоты. При этом коэффициент деления К первого делителя 10 частоты увеличивается на 1, а коэффициент деленияК второго делителя 11 частоты уменьшается на 1, Если счетчик 2 находит 5ся в режиме вычитания ( 1 на выходеэлемента НЕ 8), на выходе счетчика 2появляется сигнал переполнения, а навыходе четвертого элемента И 710которая поступает на второй управляю 1 ций вход (-) первого делителя 10 частоты и на первый управляющий вход(+) второго делителя 11 частоты, Приэтом коэффициент деления К 1 первого15делителя 10 частоты уменьшается на 1,а коэФфициент деления К второго де 2Дителя 11 частоты увеличивается на 1.Рассмотрим три возможных режимааботы устройства,20Режим 1. Пусть производится определение вероятности для случая, когдавходной уровень анализа оказался равНым медиане А = Ме. Так как в начальный момент времени К, -- К = Ко (в 25рассматриваемом примере К, = К = К, =50), то Х(+1 == гК.з = гф Ко 1 2 гК 2 гКот.е, й= К = 1 г: К . Следовательно, на счетный вход реверсивного счет 30чика 2 поступают импульсы одной и тойже частоты. Количество разрядов реверсивного счетчика и частота Гг . Коподбираются в зависимости от интерваЛа корреляции процесса в соответствииС условием квантиле порядка Р ( 0,5, напр ер пусть Р = 0,1 (т,е. А = А,1). Так как в начальный момент Г 1 = Гд (+) = Г) или К 1, = К, а режим сложения во времени преобладает над временем режима вычитания, то содержимое реверсивного счетчика 2 возрастает. Наступает момент, когда на счетчик 2 поступает 2 импульса, Происходит переполнение п разрядов счетчика 2,и на (и+1)-ом разрядном его выходе появляи вется 1 , которая через открытый третий элемент И 6 воздействует на соответствующие управляющие входы первого и второго делителей 10 и 11 частоты. Это приводит к увеличению коэффициента деления К первого делителя 10 частоты на 1 (т.е. К= К + 1 .= 51) и к уменьшению К на 1 (т.е,Ко - 1 = 49). С этого момента времени в режиме сложения на счетчик 2 поступают импульсы более низкой частоты, чем в режиме вычитания. Если же количество всех суммируемых импульсов превосходит количество вычитаемых импульсов, то снова наступает переполнение счетчика 2, которое вызывает установку коэффициента деления К, = 52 и К = 48, и т,д, В процессе изменения коэффициентов деления К и К их сумма всегда равна К( + К Кмокс (т.е. К + К = - 2 Ко = Кмокс = 100). Указанный процессор автоматического изменения коэффициентов деления К и К продолжа 4 2ется до тех пор, пока не выполнится равенство (1), Очевидно, что это произойдет (наступит равновесие) после того, как коэффициенты деления делителей 10 и 11 частоты станут равными: К = 90 и К = 10. При этом соотношение (2) примет видЕг: К К 1 О Р 0,1Ег: К К, 90 1 - Р 1 - 01(5)где Р - оценка вероятности Р.Режим 3. Пусть производится определение вероятности Р для случая, когда входной уровень А анализа оказался равным квантиле порядка Р ) 0,5. Например, пусть Р = 0,9 (т.е. А = = Ац), В этом случае режим вычитания превосходит (во времени) режимсложения,.При этом переполнение счетчика 2 происходит в режиме вычитания1550533 точность равна 0,0001 (или О,О 7) ит.д.С помощью предлагаемого устройства обеспечивается непрерывная индикация оценок значений законов распределения вероятностей РА = ).(А). Коды,соответствующие текущим значениямкоэффициентов деления К и К, делителей 10 и 11 частоты, определяют текущие искомые оценки вероятностей Р и1-Р пребывания процесса относительнопроизвольно заданного уровня А, Еслипроизводится анализ нестационарныхпроцессов, у которых закон распределения вероятностей изменяется с течением времени, коды К/К м кс = Р и+К 4/Кмакс 1-Р с течением временинепрерывно изменяются. При этом инерционность устройства (определяемаявременем установления 2 Т) не должна превышать среднее значение квази- .периода нестационарности. В предлагаемом устройстве в отличие от прототи па обеспечивается постоянное значениеотносительной средней погрешности дискретного преДставления, которая независит от значения уровня анализа Л,Относительную усредненную погрешность 30 дискретного представления положительных выбросов можно определить как К РК-Рф(7) 35 где Ти гОтсчет текущего значения Р произ водится в цифровой форме в виде параглельного кода, который устанавливается на выходах индикации текущего значения коэффициента деления К второго делителя 11 частоты. Если оценка вероятности Р точно не совпадает с истинным значением Р, то будет колебаться с амплитудой, равной 0,01 (или 1 Е), с довольно большим периодом. Для повьппенияточности необходи О мо увеличить значение максимального коэффициента деления К ако с соответствующйм увеличением частоты следования импульсов Г генератора 3 импульсов во столько же-раз, что необходимо для выполнения условия (4). Так, например, если К = 100, то точность измерений составляет величину 0,001 (или 0,1 Е), при Кмас = 10000 -(+ ( Р") " ко К макс л 4 "кор носитель ность представл бросов определя иРд с кар( 2 нию К и увеличению К, причем импульсы управления возникают на выходе четвертого элемента И 7. Установившееся состояние характеризуетсясоотношением й: К К 90 Р(6) ) С учетом выражения К + КК максможно показать, что Р (8)К макот.е. в установившемся режиме значение установившегося коэффициента деления Кп/Кявляется оценкой вероятности Р для уровня анализа А. Так как в рассматриваемом примере К акс = - 100, значение К оценивает в процентах время пребывания процесса ниже уровня А, При этом значение коэффициента К дает оценку в процентах времени пребывания процесса вьппе уровня А, Величина К 4/Кмакс )ценивает вероятность 1-Р, т.е. 1 - Р = . (9)Кмакс Ти 1Од ф л ) (0) (+ Р с кор 1 К,-- период сленг К 1 гдования импульсов заполнения, Формируемых первымделителем 10 частоты,С учетом того, что К = (1 - Р")Кмакся усредненная погрешения отрицательных выется как12 1550533 20 25 30 35 40 45 50 где Т = 1 И.:К= К /Гр - периодследования импульсов заполнения, Формируемых вторым делителем 11 частоты.Так как К = РК то,и- - - , - , --- , ,(13)с кар:г" кор10 Из выражений (11) и (13) следует,что в предлагаемом уСтройстве относительная усредненная по"решность дискретного представления анализируемых 15временных интервалов не зависит отЗначения уровня анализа Л,Ф о р м у л а изобретения 1, Устройство.для определения зако Иа распределения вероятностей, содержащее реверсивньй счетчик, генератор Импульсов, первый и второй элементыкомпаратор, первый делитель частоты с управляемым коэФфициентом делеИия, первый вход компаратора является входом задания уровня анализа устройства, выход компаратора соединен с первым входом элемента И, выход генератора импульсов соединен с синхронизйруюшим входом первого делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности при . непрерывном определении закона распРеделения вероятностей и обеспеченИя постоянства относительной погрешности измерений для различных уровней анализа, в устройство введены третий и четвертый элементы И, элемвнт НЕ, элемент ИЛИ, второй делитель частоты с управляемым коэффициентом деления и узел задания начального кода деления, выход компаратора соединен с суммирующим входом реверсивнОго счетчика и входом элемента НЕ, выход которого соединен с вычитаюшим вкодом реверсивного счетчика и первым входом второго элемента И, второй вход первого элемента И соединен с выходом первого делителя частоты с управляемым коэффициентом деления,второй вход второго элемента И соединен с выходом второго делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, выходы первого и второго элементов И соединены с первым и вторымвходами элемента ИЛИ соответственно,выход которого соединен с тактовымвходом реверсивного счетчика, выходпереполнения которого соединен с первыми входами третьего и четвертогоэлементов И, второй вход третьегоэлемента И соединен с выходом компаратора, второй вход четвертого элемента И - с выходом элемента НЕ, выход третьего элемента И - с первымуправляюшим входом, увеличивающим коэффициент деления первого делителячастоты с управляемым коэФфициентомделения, и вторым управляющим входом,уменьшающим коэффициент деления второго делителя частоты с управляемымкоэффициентом деления, выход четвертого элемента И соединен с вторым управляющим входом, уменьшающим коэффициент деления первого делителя частоты с управляемым коэффициентом деления и первым управляющим входом,увеличиваюшим коэффициент делениявторого делителя частоты с управляемым коэффициентом деления, выход генератора импульсов соединен с синхронизируюшим входом второго делителячастоты с управляемым коэФфициентомделения, выход узла задания начального кода деления - с входами заданияначального кода первого и второго делителей частоты с управляемым коэффициентом деления, выход второго делителя частоты с управляемым коэффициентом деления является информационнымвыходом устройства,2, Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю ш е е с я тем, что узел задания начального кода деления содержит Формирователь одиночного импульса и блок памяти, выход Формирователя одиночного импульса соединен с входом считывания блока памяти, выход которого является выходом узла,1550533 еров Корректор Э. Лончак Лежни едакто Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужг а гарина, 101 Заказ 274ВРИИПИ Го рственног 113035ставитель Д хред я,дидык нраж 565 Подписно комитета по изобретениям и Москва, Ж, Раушская наб ткрытиям при ГКНТ СССР д 4/5