Устройство для оценки достоверности результатов измерений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик п 970428(31) М. Кп.з С 08 С 25/00 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙИзобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике, может быть использовано в инФормационно-измерительных систе 5 мах для оперативной верификации поступающей информации.По основному авт. св, У 739618 известно устройство для оценки достоверности результатов измерений, содержащее блок определения математического ожидания и блок управляемой задержки, первые входы которых объединены и соединены с измерительным входом устройства, первый сумматор, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй сумматор, выход которого соединен с первым входом умножителя, блок памяти,.выход которого 1подключен к второму входу умножителя, выход умножителя соединен с вторым входом блока деления, выход которого подключен к выходу устройства, блок управления, первый .выход которого соединен с вторым входом блока управляемой задержки, подключен 25 к входу блока задержки, делитель частоты, первый и второй блоки определения абсолютной разности, вход синхронизации устройства соединен с первым входом делителя частоты, пер- З 0 вый выход которого подключен к третьему входу блока деления, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом блока определения математического ожидания, выход которого подключен к .первому входу первого блока определения абсолютной разности, выход блока управляемой задержки соединен с первым входом второго блока определения абсолютной разности, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход блока определения абсолютной разности соединен с первым входом второго сумматора, третий выход делителя частоты подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, выход блока задержки соединен с вторым входом блока определения абсолютной разности, четвертый выход делителя частоты подключен к третьим входам первого и второго блоков определения абсолютной разности, второй выход блока управления соединен с вторым входом делителя частоты,Устройствр позволяет установить факт наличйя или отсутствия в исследуемом процессе случайной низкочастотной составляющей (тренда) и изменять в соответствии с результа 97 а 4 гзтами анализа алгоритм обработкипринимаемой инФормации.При этом для повышения достоверности принятия гипотезы об отсутствии или наличии систематическогосдвига в результатах измерений, искакенных аномальными ошибками, в устройстве при оценке среднеквадратической погрешности аномальные результаты измерений частично компенсируются, Недостаток устройства заключается в отсутствии текущего контроляза интенсивностью аномальных ошибокизмерений и в невозможности полного исключения их влияния на результаты вычисления оценок определяемыхстатистических характеристик, Присоответствующем изменении алгоритмаобработки принимаемой информации аномальные результаты измерений:вследствие резко выраженного отличия ихстатистических характеристик от статических свойств флуктуационных ошибок низкого энергетического уровнямогут быть легко отфильтрованы.Этимобстоятельством диктуется необходимость контроля интенсивности появления аномальных результатов измерений.Цель изобретения - повышение точности устройства для оценки достоверности результатов измерений,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для оценкидостоверности результатов измеренийвведены блок определения значениямедианы, второй умножитель и второй 35блок деления, первый и второй входыблока определения значения медианыподключены соответственно к второмувыходу второго блока определенияабсолютной разности и третьему выходу. делителя частоты, выход блокаопределения значения медианы соединенс первым входом второго умножителя,второй вход которого соединен с выходом блока памяти, выход второго умножителя соединен с вторым выходомустройства и первым входом второго блока деления, выход которого соединен с третьим входом устройства, второй и третий входы второгоблока деления соединены соответственно с вторым и третьим входами первого блока деления. Кроме того, блок определения значения медианы содержит генератор импульсов, регистры памяти, счетчики, элемент сравнения, дешифратор, делитель на два, элементы ИЛИ и в каж- доМ канале обработки - счетчик,реверсивный счетчик, дешифратор .нуля, эле менты И и селектор длительности, выполненный на сумматорах, элементах задержки, амплитудном различителе, дифференцирующем элементе и пороговом элементе, выход первого элемента 65 задержки соединен с первым входомпервого сумматора, выход которогосоединен с входом амплитудного различителя, первый выход амплитудного .различителя непосредственно, второйвыход через второй элемент задержкисоединены соответственно с первым ивторым входами второго сумматора,выход которого через последовательносоединенные дифференцирующий элементи пороговый элемент соединены с первым и вторым выходами селектора длительности, вход первого элемента задержки объединен с вторым входомпервого сумматора и подключен к входЪселектора длительности, первый выходселектора длительности каждого канала обработки соединен с первым входом счетчика, первые выходы которогосоединены с первыми входами реверсивного счетчика, первый выход реверсивного счетчика через дешифраторнуля соединен с первым входом первого элемента И, второй выход - с первым входом второго элемента И и соответствующим входом первого элементаИЛИ, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами реверсивногосчетчика и первого элемента И первого канала обработки, выход первогоэлемента И каждого предыдущего канала обработки соединен с вторымивходами реверсивного, счетчика и первого элемента И каждого последующегоканала обработки, вторые выходыселекторов длительности всех каналовобработки соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ,выход которого через последовательносоединенные делитель на два и первыйсчетчик - с первыми входами первогорегистра памяти, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, выход элемента сравнения соединен с вторым входом первого регистра памяти, первым входом второгосчетчика и вторыми входами вторыхэлементов И всех каналов обработки,выходы которых соединены с соответствующими первыми входами дешифратора,вторые входы которого подключены квыходам второго регистра памяти, выходпервого элемента ИЛИ соединен с вто"рым входом второго счетчика выходкоторого соединен с вторым входомэлемента сравнения, входы селекторовдлительности всех каналов обработкиобъединены и подключены к первомувходУ блока определения значения медианы, вход генератора импульсовобъединен с входами счетчиковвсех каналов обработки и подключенк второму входу блока определениязначения медианы, выход дешифраторасоединен с выходом блока определениязначения медианы,Теоретическая основа достиженияпоставленной цели заключена в повышении эффективности оценок достоверности результатов измерений при сложных законах распределения значений искажающего случайного процесса, формализация которого допустима суперпоэицией плотностей распреде ления вероятностей следующего видаЖЩ"-А 1, (У,О(")++ А 1%1(11 О,Оч(11) А+А=)10 где 1 Ж (Ч 6(") 1 (1 Ъ ( Ф)- одномерные1) 1плотности, распределения вероятностей с дисперсиями (у( и б(1)115Известное устройство не позволяет оценить соотношение в общей погрешности результатов измерений дисперсий флуктуационных 0("и аномальных С(1 ошибок, что обуславливает наличие неопределенности в выборе наиболее эффективного алгоритма обработки.Для достижения поставленной цели в предлагаемом устройстве вычисляются среднеквадратические отклонения по следующим алгоритмам: 30 40,блок-схема устроиства; на фиг. 2 структурная блок-схема блока опре йд д Х )У;-У 1( 1+4случайного процесса; МАХ 2 .2 -медиана последовательности случайных величинр рр 2 иК - порядок разности;щ (1 к. - коэффициент пропорцио Ж/ нальнрсти;М - объем статистическойвыборки,деления значения медианы; на фиг. 3схема блока определения абсолютнойразности; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу селекторов длительности,Устройство содержит (фиг, 1) блок1 определения математического ожидания, блок 2 управляемой задержки,первый блок 3 определения абсолютнойразности, блок 4 задержки, второйблок 5 определения абсолютной разности, первый сумматор 6, второй сумматор 7, первый умножитель 8, блок9 памяти, первый блок 10 деления, делитель 11 частоты, блок 12 управления, блок 13 определения значениямедианы, второй умножитель 14, второй блок 15 деления, вход 16 синхронизации, измерительный вход 17, первый 18 и второй 18 выходы второгоблока определения абсолютной разнос"ти, управляющий вход 19 блока 13 определения значения медианы, выход 20блока 13 определения значения медианы,первый 21 и второй 22 и третий 23 выходы устройства.Блок 13 определения значения медианы (фиг. 2) содержит селекторы 24 -24 кдлительности, включающие сумматорй25 - 25 к и 26 -26 к, элементы 27 -27 ки 28(-28 задержкй, амплитудные различители 29 -29( дифференцирующиеэлементы 30( - 30 к и пороговые элементы 31 - 31 к, счетчики 32( -32 к, генератор 33 импульсов, реверсивные счетчики 34 -34 к, дешифраторы 35 -35 к,первые элементы И 36(-36 к, элементы ИЛИ37 и 38, вторые элементы И 39 -39,делитель 40 на два, элемент 41 сравнения, дешифратор 42 значений медианы,счетчики 43 и 44, регистры 45 и 46 памяти, каналы 47 -47 обработки.Блок определения абсолютной разности содержит формирователь 48 ШИМ,элементы НЕ 49 и 50,первые элементы Й5 51 и 52, элемент ИЛИ 53, второй элемент И 54, генератор 55 импульсов,формирователь 56 ШИИ.Устройство работает следующим образом.Результаты измерения с входа 17(фиг. 1) поступают на вход блока 1определения математического ожидания,где осредняются эа установленный блоком 12 управления через управляемыйделитель 11 частоты интервал осреднения, кратный периодам следования синхронизирующих сигналов. Время задержки этих же результатов измерений вблоке 2 устанавливается равным интервалу осреднения. Блок 3 и сумматор 6реализуют операции определения среднего значения абсолютных разностеймежду текущими значениями результатов измерений и их средним значением,Одновременно определяются в блоке 5абсолютные разности между предшест 970428вующими и настоящими значениями ре-зультатов измерений и производитсяоценка их среднего значения накоплением в сумматоре 7 за установленноевремя осреднения. Осреднение в нака.пливающих сумматорах осуществляетсявыводом числа из старших раэрядонсумматора, для чего интервалы осреднения устанавливаются соотнетствуюцими следующим объемам статистичЕских выборок И = 10 , где О =1,2,3, 10 Умножнтель 8 нормирует полученныйрезультат соответствующим порядку разности коэффициентом пропорциональности, хранящимся в блоке 9, Результаты деления в блоке 10 вычисленных 15в первых двух параллельных цепях устройства статистик эквивалентнын среднем и по дисперсии рассеивания классическому критерию Аббе имогут использоваться для проверки гипотезы об отсутствии систематического сдвига,н результатах измерений.Блоки 3 и 5 определения абсолютной разности (Фиг. 3) работают следующим образом, 25Задержанный и незадержанный сигналы о случайном процессе поступают на входы формирователей 48, 56 широтно-модулированных импульсов (ШИМ),Сформированные импульсы ШИМ с модуля- З 0 цией заднего фронта инвертируются элементами НЕ, 49 и 50 в импульсы ШИМ с модуляцией переднего фронта и поступают на элементы 51 и 52, на вторые входы которых подаются неинвертированные импульсы ШИМ с формирователей 48 и 56 соответственно На выходе элементов И 51 и 52 формируются импульсы ШИМ, соотнетствуюцие по длительности разности между выбранными значениями исследуемого случай ного процесса, Сформированные импульсы после их сведения в единый поток элементом ИЛИ 53 представляют собой абсолютные разности между значениями случайного процесса и подвергают ся преобразованиям в блоке 13 опре. - деления значения медианы и в преобразователе аналог-код, состоящем из элемента И 54 и генератора 55 счетных импульсов.50Блок 13 определения значения медианы работает следующим образом,Сигналы ШИМ с выхода 18 блока5 определения абсолютной разности,.несуцие инФормацию об абсолютных по 55величине разностях между выбраннымизначениями случайного процесса, поступают на входы селекторов 24 -24 длительности, на выходах которых формируются сигналы совпадения по продолжительности поступающих импульсов с установленными н каждом изселекторов 24 -24 к временными интервалами Ъ , с. Значения врем думенных интервалов задаются времена ми задержек поступающего сигнала в элементах 27, -27 к и 28-28 ,равными ГГ,, с соответственно. Сформированные импульсы (фиг. 4 ж) подсчитываются счетчиками 32 -.32 за установленный интервал осреднения, определяемый частотой следования импульсов на ныходе 19 делителя 11 частоты. По окончании очередного интервала осреднения результаты подсчета импульсон совпадения длительностейсигналов ШИМ с выхода 18 с установленными временными интервалами переписынаится н параллельном двоичном коде в реверсивные счетчики 34-34 к .Счетчики 32-32 к при этом освобождаются для подсчета импульсов совпадения в новой статической выборке. На вычитающие входы ренерсивных счетчиков 34-34 поступают считывающие импульсы от генератора 33 импульсов. С поступлением импульса считывания число, записанное н ренерсинный счетчик 34, уменьшается наединицу. При каждом уменьшении числа на единицу импульс, которым произведено считывание, поступает на соответстнуищий вход элемента ИЛИ 37.При этом импульсы считывания на последующий ренерсинный счетчик 34 поступят только после считывания числа, записанного н предыдущий,Считывание записанного н ренерсинный счетчик 34 числа производится до тех пор, пока на выходе соответствующего дешифратора 35 нуля не появится сигнал, свидетельствующий об окончании считывания, С появлением сигнала окончания считывания окрынается соответствующий элемент И 36 , разрешаиций считывание числа, записанного в последующий 1+1-й реверсивный счетчик. Импульсы считывания в количестве, соответствующем записанным в реверсивных счетчиках 34-34числам, поступают через элемент ИЛИ 37 на вход счетчика 44, Причем, накопление импульсов н счетчике44 бУдет производиться до тех пор,пока записанное н нем число не будетравно полусумме всех импульсов совпадения, прошедших через элемент ИЛИ38, накопленных в счетчике 43 импульсов и переписанных во второй регистр 46 памяти. В момент равенства чисел в счетчике 44 и втором регистре 46 памяти на выходе элемента 41 сраннения появится потенциал, открываюций элементы И 39, - 39 . При этом сигнал появится на том входе дешифратора 42 значений медианы, порядковый номер которого совпадает спорядковым номером канала 47 обработки со временем задержки сигнала,рав- нь 1 мЧ; н 8, гдеГ,е,у- медианное значение плотности распределения вероятностей длительности сигналов ШИМ.50 При появлении сигнала на 3-ом входе дешифратора 42 значений медианы разрешается вывод соответствующего значения медианы из 3-й ячейки памяти первого регистра 45 памяти. Числовые значения, хранящиеся н ячейках памя 1 ти регистра 45 памяти определяются соответствующими временными интервалами задержки сигналон селекторов 24 -24длительности. Сигналами на выходе элемента 41 сравнения сбра сываются в исходное нулевое состояние К+2-й счетчик 4.и второй регистр 46 памяти и приводятсяв готовность к накоплению и запоминанию данных по новой статистической выборке. 15 1Работа селекторов 4 -24 по дли 4 К тельности состоит в следующем.Преобразованный случайный процесс с выхода 18(фиг. 4) второго блока 5 определенйя абсолютной разности поступает непосредственно на объединенные вторые входы первых сумматоров 25 -25 через элементы 27 -27 к задержки, в которых поступающий сигнал с ШИМ задерживается и инвертируется фиг., 4 а). Времена задержек сС Гк в каналах 47-47 к обработки различны и выбираются из условия перекрытия диапазона случайного изменения длительностей исследуемой импульсной последовательности. Количество каналов 47, -47 К обработки определяется диапазоном перекрытия и установленным дифференциальным коридором, Результаты первого суммирования З 5 (фиг. 4 б) разделяются в амплитудных раэличителях 29 -29 к по нулевому уровню на положительную и отрицательную составляющие. При этом положительную составляющую задерживают во вторых 40 элементах 28-28 задержки, идентичных по времени задержки соответствующим первым элементам 27 -27 к задержки на времяЧ, Гд,ЧкВ результате выполненных операций 45 и повторного суммирования во вторых сумматорах 26 -26 к отрицательной последовательности импульсов с задержанной положительной фиг.4 в,г,д) формируются перепады напряжений +М-М в те моменты времени, когда длительность импульса случайного процесса й равна удвоенному времени задержкй й = 2 С в соответствующем канале 47 -47 обработки. При диФференцировании результатов второго суммирования дифференцирующих элементов 30 в 30 (фиг,4 е) создаются условия для выделения путем ограничения в пороговых элементах 31 -31, импульсов появления значений случай ного процесса в соответствующем разряде гистограмм распределения сигиалон ШИМ (фиг. 4 ж).Предлагаемос устройство выгодно отличается от известных устройств 65 возможностью полного исключения искажающего воздействия аномальных ошибок на результаты статистической обработки измерений, позноляет определять интенсивность аномальных результатов измерений, т.еявляется более точным.Формула изобретения1. Устройство для оценки достоверности результатов измерений по авт.св. 9 739618, отличающеесятем, что, с целью повышения точности,в него введены блокопределения значения медианы, нторой умножитель ивторой блок деления, первый и. второйвходы блока определения значения медианы подключены соответственно к второму выходу второго блока определения абсолютной разности и третьемувыходу делителя частоты, выход блокаопределения значений медианы соеди =нен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединенс выходом блока памяти, выход второго умножителя соединен с вторым вы"ходом устройства и первым входом второго блока деления, ныход которогосоединен с третьим выходом устройства, второй и третий входы второгоблока деления соединены соответственно с вторым и третьим входами первого блока деления,2. Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, блокопределения значения медианы содержит генератор импульсов, регистрыпамяти, счетчики, элемент сравнения, дешифратор, делитель на два,элементы ИЛИ и в каждом канале обработки - счетчик, реверсивный счетчик, дешифратор нуля, элементы И и.селектор длительности, выполненныйна сумматорах, элементах задержки,амплитудном различителе, дифференцирующем элементе и пороговом элементе, выход первого элемента задерж"ки соединен с первым входом первогосумматора, выход которого соединенс входом амплитудного различителя,первый выход амплитудного различителя непосредственно, второй выход через второй элемент задержки соединены соответственно с первым и вторымвходами второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий элемент ипороговый элемент соединены с первыми вторым выходами селектора длительности, вход первого элемента задержки объединен с вторым входом первогосумматора и подключен к входу селектора длительности, первый выходселектора длительности каждого каналаобработки соединен с первым входомсчетчика, первые выходы которого соединены с первыми входами реверсивно 970428го счетчика, первый выход реверсивного счетчика через дешифратор нулясоединен с первым входом первогоэлемента И, второй выход - с первымвходом второго элемента И и соответствующим входом первого элемента ИЛИ,выход генератора импульсов соединенс вторыми входами реверсивногогосчетчика и первого элемента И первогоканала обработки, выход первого элемента И каждого предыдущего канала 10обработки соединен с вторыми входамиреверсивного счетчика и первого элемента И каждого последующего каналаобработки, вторые выходы селекторовдлительности всех каналов обработки 15соединены с соответствующими входамивторого элемента ИЛИ, выход которогочерез последовательно соединенныеделитель на два и первый счетчикс первыми входами первого регистрапамяти, выход которого соединен спервым входом элемента сравнения,выход элемента сравнения соединен свторым входом первого регистра памяти, первым входом второго счетчикаи вторыми входами вторых элементов Ивсех каналов обработки, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами дешифратора, вторыевходы которого подключены к выходамвторого регистра памяти, выход первого элемента ИЛИ соединен с вторымвходом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, входы селекторов длительности всех каналов обработкиобъединены и подключены к первомувходу блока определения значениямедианы, вход генератора импульсовобъединен с входами счетчиков всехканалов обработки и подключен к второму входу блока определения значения медианы, выход дешифратора соединен с выходом блока определениязначения медианы.970428 Э с оставитель Н. Бочароваехред Л.Бабинец Корректор Н. Король дант аказ Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная,394/63 Т ВНИИПИ Госу по делам 113035, Москв