Устройство для определения стационарности случайного процесса

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5112 5114 С 0 52 ПИ ЗО Н АВТОРС УДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ У СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР Р 1076921, кл. О 06 О 7/52, 1984.Авторское свидетельство СССР Ф 935983, кл. О Об О 7/52, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНОСТИ С 31 УЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к специализированным вычислительным средствам экспресс-анализа случайных процессов с произвольным законом распределения и предназначено для определения интервалов стационарности в общем потоке цифровой информации о состоянии контролируемой стохастической системы и получения размаховых оценок ее реакции на квазирегулярные дозированные воздействия. Цель изобретения - повышение точности определения интервалов стационарности случайного процесса произвольного объемаи расширение функциональных возможностей устройства путем одновременного определения размаха (а при необходимости) и подразмахов анализируемой скользящей выборки. Устройство содержит регистр, блоки памяти,представляющие собой стоковые запоминающие устройства схемы сравнения,комбинационный сумматор, накапливающий сумматор, управляемый генераторсинхроимпульсов, счетчик, блоки постоянной памяти, двухпороговую схему сравнения, вычислительный блок ссоответствующими функциональнымисвязями, 2 ил, 1251120ленияУстройство для определения стационарности случайного процесса (фиг,1)содержит регистр 1, первый блок 2памяти, представляющий собой стоковоезапоминающее устройство, функционирующее либо в режиме ЫГо-,ая 1 1 пРгяС ОиС, либо в режиме Р.Го-Ргя 11 п-Рхгя 1 Ои 1, первую схему 3 сравнения, комбинационный сумматор 4, накапливающий сумматор 5, управляемыйгенератор 6 синхроимпульсов, счетчик 7, второй блок 8 памяти, Функционирующий по мере необходимости соответственно в режиме ЫГо и в режиме РхГо, блок 9 постоянной памяти,двухпороговую схему 1 О сравнения,вторую схему 11 сравнения, вычислительный блок 12, информационный 13 иуправляющий 14 входы устройства, инФормационные 15-1, 15-2 и 15-3 выходыустройства, информационный 16 и управляющий 17 выходы устройства, информационный выход 18 схемы 11, соединенный с вторым управляющим входом блока 12, информационный выход 19 блока 2, соединенный с одним информационным входом блока 12, информационный выход 20 регистра 1, соединенныйс вторым информационным входом блока12 и информационным входом блока 2,первый 21 и второй 22 выход генератора 6, выход 23 комбинационногосумматора 4,40 45 50 55 Изобретение относится к специали зированным вычислительным средствам экспресс-анализа случайных процессов с произвольным законом распределения и предназначено для определения интервалов стационарности в общем потоке цифровой информации о состоянии контролируемой стохастической системы и получения размаховых оценок ее реакции на квазирегулярные дозированные воздействия. 11 ель изобретения - повышение точности определения интервалов стационарности случайного процесса произвольного объема и расширение функциональных возможностей устройства путем одновременного определения размаха (а при необходимости) и подразмахов анализируемой скользящей выборки.На фиг, 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - функциональная схема вычис 5 10 15 20 25 30 35 При этом блок 12 вычислений размаха конструктивно может быть выполненв виде коммутатора 24, преобразователя 25 прямого кода в дополнительный код, накапливающего сумматора 26,элементов 27 и 28 2 ИЛИ-НЕИ, триггеров 29 и 30, элемента ИЛИ 31, селектора 32 кодовых комбинаций, элемента33 задержки, одновибратора 34, элементов ИЛИ-НЕ 35 и 36,Отсутствие указаний на режим работы первого и соответственно второгоблоков памяти в режимах УГо-РгяС1 п-Ргя 1 Оп 1 (первым вошел - первымвышел), или аГоая 1 1 п-Ргят, Оц 1(последним вошел - первый вышел)обуславливается тем, что такие стековые ОЗУ в зависимости лишь от напередзадаваемого режима работы могут функционировать как в режиме Уо, так ив режиме Ы.Го, либо в режиме с произвольным доступом - выборкой,В предлагаемом устройстве при реализации первой методики оценки гипотезы стационарности случайного процесса первый блок памяти функционируетв режиме ЫГо, Тем самым обеспечивается выборка записанных в нем дискретХ 1(М-)т) в порядке, противоположномпорядку их поступления (записи). Вэтом случае формирование суммы 1 Ичисла инверсий при каждом шаге Тдискретизации случайного процессапроизводится по следующему рекуррент.ному соотношению: 1 м=: -. (м 1)т+1 ф (м- )т,1=О;-.(м )т=К хй(М)т,х (м-д ) ТЯ (2)хранимое во втором блоке памяти парциальное число инверсий, подсчи танное за (-1), предыдущих шагов Т дискретизации (т.е. за (-1) предыдущих циклов оценки гипотезы Н )о для каждого Фиксируемого 1-го (ОХМ) члена Х(М)ТД скользящей выборки по отношению ко всем остальным поступившим после него (М-,1)-м (1,16) зафиксированным диск ретам Х (м-,т, где М - ограничиваемый разрядной сеткой устройства максимальный объем скользящей выбора ьхРМ-Х), т 3 хГ(м-Л)ТЛ =реты У,(М)Трассматриваемой ниже скользящей выборки хранилось в регистре 1. Тем самым при указанной перезаписи цифрового кода УМ)Т 3 в первый стековый блок 2 памяти из последчего автоматически считывается (выбрасывается) ранее записанное в нем предшествующее отсчету У 1(М)Т 3 на (М+1) шагов дискретизации Т соот ветствующее значение исследуемого случайного процесса,Производится запись в приемный регистр 1 послецней поступившей дискреты У(М)Т 3 и тем самым осуществляется стирание хранившегося в регистре 1 двоичного кода предыдущей дискреты У 1(М)ТД, процесс переза - писи которого в блок 2 памяти был рассмотрен, 20Зтим же импульсом "1" блокируется комбинационный сумматор 4, нулевой (в этом случае) код с выхода которого записывается во второй стековый блок 8 памяти с помощью этого же пос 25 тупающего также на первый угравляющий вход второго блока 8 памяти импульса "1" (точнее по срезу - заднему фронту импульса 1 п). В резуль тате такого очищения соответствующей строки второго стекового блока 8 памяти из него автоматически выталкивается (выбрасывается) парциальное число инверсий ь (3), ранее подсчитанное для предшествующего от 35 счету У(М)ТД на (М+3) шагов дискретизации соответствующей дискреты исследуемого случайного процесса. Производится очищение накапливающего сумматора 5, обнуляющее выставленное на его информационном выходе двоично-кодированное значение суммы числа инверсий, которое было подсчитано в предыдущем цикле оценки гипотезы стационарности Н для скользящейовыборки, Одновременно с этим указанным импульсом 1производится также обнуление счетчика 7.После этого управляемый генератор 6 синхроимпульсов на втором выходе 22 вырабатывает цуг из (И) тактовых импульсов, после каждого из которых (т,е. тактового импульса) на информационном выходе накапливающего сумматора 5 выставляется в соответствии с соотношением (1) значение текущей суммы инверсий для поступив- щего последним (п+1)-го (1 п 4 М) члена анализируемой скользящей выборки.Так, после первого из (М)-го тактового импульса производятся следуюшие операции,В течение времени действия этого тактового импульса первым блоком 2 памяти, функционирующим в режиме 111 о (последним вошел - первым вышел) на первый информационный вход первой схемы 3 сравнения выставляется значение дискреты У.3(М)Т 3. Б то же время на втором входе схемы 3 сравнения в течение всего рассматриваемого цикла оценки гипотезы Н, (с выхода регистра 1) постоянно поддерживается цифровое значение поступившей последней в анализируемой выборке дискреты У 3(М)Т, (О 1-1 Л). При этом схема 3 сравнения сформирует на своем информационном выходе уровень " в случае, если в соответствии с условием (3) значение дискреты У (М - 1),ТД У(М)Ц, и уровень нОц, еслиУ 3(1;-1) Т 3 У Г(М)Т 3.Результирующии сигнал рассмотренного сопоставления поступает на первый информационный вход комбинационного сумматора 4, При этом на второй информационный вход комбинационного сумматора 4 в течение действия этого же тактового импульса вторым блоком 8 памяти, также функционирующим в режже Ы 1 о, выставляетея парциальное число инверсий 7 (М),Т, подсчитанное в соответствии с соотношением (2) для дискреты У.3(М - 1),Т. В данном случае, т,е. каждый раз при первом тактовом импульсе, это парциальное число3(М),Т для поступившей предпоследней дискреты У 3(М)Т 3 всегда равно нулю Т 3(1 Л)Т=О, что, как показано выше, перед началом каж. дого цикла оценки гипотезы Н , автоматически обеспечивается посредством вырабатываемого управляемого генератором 6 командного импульса на своем первом выходе 21. Вследствие этого ( ь 1(М),ТД=О) при первом такте формирования суммы инверсий для анализируемой выборки комбинационным суь 3- матором 4 на своем информационном выходе выставляется код числа Н 3 (М)Т=-ЙУ 1(М)Т, У 1 Л,ТЯ, который поступает на информационный вход накапливающего сумматора 5 и одно 151120временно на информационный вход второго блока 8 памяти.Далее по срезу (заднему фронту) этого же тактового импульса проиэво 1(М - 1)Т 1,20 Вторым блоком 8 памяти осуществляется параллельный сдвиг назад (режим ЫГо) во всех хранимых в нем двоично-кодированных слов (парциальных чисел инверсий с (М - )Т; (06-6 (М). Иначе говоря, в разрядную строку блока 8 памяти, в которой ранее хранился нулевой код парциально-. го числа 7 (М)Т, переписывается уже код парциального числас 1(М)Т 130 в разрядную строку, в которой ранее хранился код парциального числа (М)Т, переписывается код пар - циального числа с (М-З)Т, и т.д. и,наконец, в освободившуюся таким образом разрядную строку, в которой ранее хранился код парциального числа1,Т 3, записывается код числа Н 1(М)Т, поданный на информационный вход этого блока 8 памяти40 с выхода комбинационного сумматора 4. Тем самым вторым блоком 8 памяти подготовлено уже парциальное число инверсий ь 1(М),Т для его подачи во втором такте формирования суммы инверсий (по соотношению (1 на первый информационный вход комбинационного сумматора 4. В то же время записью числа Н 1(М)Т 1 в освободившуюся разрядную строку второго блока 8 памяти продолжается циклический процесс дальнейшего формирования последовательности парциальных, чисел инверсий для уже последующих циклов оценки гипотезы Но по скользящей выборке.55Одновременно по срезу первого тактового импульса первым блоком 2 памяти осуществляется параллельный 45 дятся следующие операции,Накапливающим сумматором 5 принимается поступивший код числа Н 1(1 Л)Т ) и поскольку, как показано выше,каждый раэ к моменту начала очередного цикла оценки гипотезы Н посредстовом указанного командного импульсас первого выхода 21 управляемогогенератора 6 обеспечивается автоматическое очищение памяти накапливаю-. 15щего сумматора 5, он на своем выходе, т,е. информационном входе схемы 10, выставляет это же число Н сдвиг назад (1,."Го) всех хранимых в нем двоично-кодированных слов (значений дискрет У (М-з.) Д; 0=1:-М), Иначе говоря, в разрядную строку, в которой ранее хранился код дискреты У 1(1 Л)Т, переписывается уже код дискреты У 1(М)Т, в разрядную строку, в которой ранее хранился код дискреты У (М)Т, переписывается код дискреты У Г(1 Л) Т, и т,д., и, наконец, в освободившуюся таким образом разряднуюстроку, в которой ранее хранился коддискреты У 1,Т, записывается только-что проанализированныйкод дискреты У(М)Т 1. Тем самым, первым блоком 2 памяти подготовлен уже коддискреты У 1(1 Л)Т для его подачина первый информационный вход первойсхемы 3 сравнения во втором тактеформирования суммы инверсий по соотношению (1). В то же время перезаписью кода дискреты У 1(М),Т в освободившуюся разрядную строку начинается процесс циклического обращенияв первом блоке 2 памяти отсчетов анализируемой выборки, которые окончательно после последнего (М - 1) - го тактового импульса вновь занимают в блоке 2 памяти свои исходные позиции,По срезу этого же тактового импульса измеряется на единицу отсчетный код счетчика 7, который (код)поступает на адресные входы блока 9постоянной памяти и обуславливаетвывод на его информационный выходсодержимого соответствующей разрядной строки блока 9 постоянной памяти.При этом содержимым каждой из разрядных строк блока 9 постоянной памятиявляются цЫрокодовые значения двухчисел С, - /2(п) и С(п), с наперед заданной к -процентной ошибкойпервого рода классфикации процессапо тесту стационарности, определяющие нижнее и соответственно верхнеепороговое (критические) значения длясуммы числа 11 Ь инверсий членов выборки объема =п+1,Таким образом, при каждом цикле оценки гипотезы стационарности Нд по скользящеи выборке, начиная с некоторого Ь -го тактового импульсаФ(15 6 М), отвечающего конкретным особенностям исследуемого процесса, блоком 9 постоянной памяти подаются соответствующие значения С-к(п)и Сг, (и) на вход задания уставокдвухпораговай схемы 10 сравнения,Тем самым, путем последовательнойоценки двухпароговай схемой 1 О сравне.ния циФрового сигнала с информационного выхода накапливающего сумматора5 предлагаемым устройством при каждом цикле классификации процесса всоответствии с тестом стационарностидля всего максимального объема М 10скользящей выборки одновременно обеспечивается возможность его классификации также на любой меньшей длиневыборки 1=(п+1)-М. При этом в случаеневыполнения одного из неравенств: 15С,(п)1(п) или 1 п)С, (и), (8)на выходе 15-1 или соответственновыходе 15-3 указанной схемы 10, выставляется "1", определяющая наличиеубывающего или соответственно возрастающего тренда у анализируемой выборки длины (1.=п+1)М, при которой величину 1 констатируют по показаниюсчетчика 7,25Работа устройства при реализациивторой методики определения стационарности случайного процесса заключа.ется в следующем,Первый 2 и второй 8 блоки памяти30в условиях воздействия на них техже и в той же временной последовательности сигналов управляемого генератора 6 синхроимпульсов, что и припервом алгоритме работы устройства,функционирует уже в режиме Р 11 а(первым вошел - первым вышел. Соответственно формирование суммы числаинверсий членов анализируемой скользящей выборки объема М в условияхвыполнения всеми остальными конструк.тивными блоками устройства тех жефункций и под воздействием твх жесигналов управляемого генератора 6синхроимпульсов, что и при первомалгоритме работы, производится ужепо рекуррентным соотношениям (4),(5) и (6). В этом случае уже не проВодится классификация процесса потесту стационариости на интервалах1,вложенных в наперед ограничиваемый максимальный объем М скользящейВыборки, Соответственно требуемаяемкость блока 9 постоянной памятисужается уже да одной разрядной строки, содержимым которой являются числа С,(М) и С 7,(М), которые приналичии соответствующего дВаичнОГОкода на выходе адресного счетчика 7 выставляются на вход задания уставок порогов двухпораговай схемы 10 сравнения уже лишь по окончании процесса Формирования суммы 1(М числа инверсий для всех фиксируемых членов анализируемой скользящей выборки,Предлагаемое устройство в этих ус. ловиях наряду с определением стационарности случайного процесса при скользящей выборке наблюденных его дискрет дополнительно определяет их минимальные значения и вычисляет размах скользящей выборки следующим образом.При каждом шаге формирования по соотношению (4) суммы числа инвер"сий членов анализируемой выборки, т,е. в течение действия каждого и-го (1 пМ) тактового импульса на втором выходе 22 генератора 6, вычисленное комбинационным сумматором 4 по соотношению (7) числоН , т 1 = , т 3 ьпУ х, Т, ГМ, Т 3 поступает на первый информационный вход второй схемы 11 сравнения. При этом на втором информационном входе схемы 11 сравнения "присутствует" двоичный код счетчика 7, функционирующего в режиме вычитания, т.е, в режиме потактного уменьшения на единицу начального кода счетчика, авто.матическая установка которого в начале каждого цикла оценки гипотезы Но обеспечивается с помощью командного импульса с выхода 21 генератора 6 подаваемого на синхравход 7 установки начального кода счетчика 7. Тогда, имея в виду, что в качестве начального кода счетчика 7 используется число (М), где М - максимальный объем скользящей выборки, а изменение показаний счетчика 7 производится по срезу (заднему франту) тактовых импульсов с выхода 22 генератора 6, те. после окончания действия этих тактовых импульсов, видно, что предлагаемым устройством таким образом обеспечиваются все условия для выявления по соотношению (8) максимального значения скользящей выборки. Так, при равенстве текущего значения Н 1,Т сигнала с выхода комбинационного сумматора 4 и текущего значения двоичного счетчика 7, т.е. при выполнениипа соотношению 8 равенства Н ,Т = М-п, вторая схема 11 сравнения Формирует на своем информационном выходе18 В 1 Вблока памяти и подключен к выходурегистра, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей путем одновременного определения размаха скользящей выборки,оно содержит второй блок памяти, комбинационный сумматор, вторую схемусравнения, блок вычисления размаха,блок постоянной памяти, накапливающий сумматор, выход которого подключен к информационному входу двухпороговой схемы сравнения, вход задания порога которой соединен с выходом блока постоянной памяти, адресный вход которого и первый информагционный вход второй схемы сравненияобъединены и подключены к выходу адресного счетчика, первый информационный вход комбинационного сумматораподключен к выходу первой схемы сравнения, второй информационный входсоединен с выходом второго блокапамяти, а выход комбинационного сумматора подключен к информационномувходу второго блока памяти, к второму информационному входу второй схемы сравнения и информационному входунакапливающего сумматора, вход сброса которого объединен с входом блокировки комбинационного сумматора, свходом управления записью. второгоблока памяти и подключен к выходулогической единицы управляемого генератора синхроимпульсов, тактовый выход которого соединен с синхровходомвторого блока памяти и синхровходомнакапливающего сумматора, при этомблок вычисления размаха состоит изкоммутатора, первого и второго эле-.ментов 2 ИЛИ-НЕИ, двух элементовИЛИ-НЕ, элемента ИЛИ, первого ивторого триггеров, накапливающегосумматора, преобразователя прямогокода в дополнительный код и цепочкипоследовательно соединенных селектора кодовых комбинаций, элемента задержки и одновибратора, выход которого соединен с первым входом первогоэлемента ИЛИ-НЕ 1 с первыми информационными входами первого и второгоэлементов 2 ИЛИ-НЕИ и управляющим5 входом коммутатора, первый и второйадресные входы которого подключенык выходам первого и второго элементов 2 ИЛИ-НЕИ, а первый и второйвыходы коммутатора, первый непосредственно, а второй - через преобразователь прямого кода в дополнительный код подключены соответственнок первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого соединен синформационнным входом накапливающего сумматора блока вычисления разма, ха, выход которого является выходомзначения размаха скользящей выборкиустройства, синхровход накапливающего сумматора блока вычисления размаха объединен с синхровходами первого и второго триггеров и подключен к инверсному выходу первого элемента ИЛИ-НЕ, а вход сброса накапливающего сумматора соединен с В-входами первого и второго триггерови с входом сброса накапливающего сум.матора устройства, синхровход которого объединен с вторым входом пер 0 вого элемента ИЛИ-НЕ, вход селектора кодовых комбинаций соединен с адресным входом блока постоянной памяти, выходы первого и второго триггеров подключены к входам Запрет со 11 1З ответственно первого и второго элементов 2 ИЛИ-НЕИ, вторые информационные входы которых попарно объединены с входами первого и второготриггеров и подключены соответст 4 О венно к инверсному выходу второгоэлемента ИЛИ-НЕ и к выходу второйсхемы сравнения, первый и второй информационный входы коммутатора подключены к выходам соответственнопервого блока памяти и регистра,а вход второго элемента. ИЛИ-НЕ соединен с выходом комбинационного сумматора устройства,