Устройство для определения интервалов стационарности случайных процессов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ СТАЦИОНАРНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ по авт.св. К 935983, отл ичающее с я тем, что, с целью повышения точности определения интервалов стационарности случайного процесса произвольного объема путем дополнительной проверки гипотезы на стационарность по дисперсии, оно дополнительно содержит центрирующий фильтр, блок принятия решения, состояний из двух элементов ИЛИ, второй генератор синхроимпульсов j второй ключ, второй анало говый блок памяти, состоявши из последовательно соединенных ячеек памяти, второй регистр, дополнительные компараторы, третий и четвертый счетчики, второй цифроаналоговый преобразователь, второй блок срав- . нения и второй блок формирования пороговых напряжений, причем вход устройства через центригукыий фильтр соединен с информационньтм входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к первому выходу второго генератора синхроимпульсов, к счетному .входу третьего счетчика импульсов и управляющим входам ячеек второго аналЬгового блока памяти, информационный вход первой ячейки памяти которого соединен с выходом второго ключа,, а установочные входы ячеек памяти второго аналогового блока памяти объединены с установочньоми входами третьего и четвертого счетчиков и подключены к первому выходу второго блока сравнения, вьлход первой ячейки второго аналогового блока памяти соединен с первыми входами дополнительных компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствукхцих ячеек, кроме первой, второго аналогового блока памяти, выходы дополнительных компараторов соединены с ус тановочными входами соответствующих разрядов второго регистра, управляющий вход которого соедипен с вторым i выходом второго генератора синхроимпульсов , выход второго регистра СЛ подключен к информационному входу четвертого счетчика, выход которого через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом второго блока сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к первоо му и второму выхбдам второго блока формирования пороговых напряжений, первый вход которого соединен с х выходом третьего счетчика, второй .и третий входы второго блока формирования пороговых напряжений являю ются соответственно четвертьм и пятым входа(и устройства, третьи входы дополнительных компараторов подключены к первому выходу второго генератора синхроимпульсов, выходы первого блока сравнения соединены соответственно с первыми входами элементов ИЛИ блока принятия peweния , выходы второго блока сравнения соединены соответственно с вторыми входами элементов ИЛИ блока принятия решения, а выходы элементов ИЛИ блока принятия решения являются выходами устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(51) 6 06 6 7 52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ (61) 935983 (21) 3377902/18-24 (22) 08. 01. 82 (46) 28. 02. 84. Бюл. Р 8 (72) И.В.Адерихин, О.В.Ребрик и И.A.Êàëèíêèí (53) 681.33(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 935983, кл. С1 06 С 7/52, 1980 (прототип), (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИНТЕРВАЛОВ СТАЦИОНАРНОСТИ СЛУЧАЙНИХ ПРОЦЕССОВ по авт.св. Р 935983, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения.интервалов стационарности случайного процесса произвольного объема путем дополнительной проверки гипотезы на стационарность по дисперсии, оно дополнительно содержит центрирукщий фильтр, блок принятия решения, состоящий иэ двух элементов ИЛИ, второй генератор синхроимпульсов, второй ключ, второй анало говый блок памяти, состоящий из последовательно соединенных ячеек памяти, второй регистр, дополнительные компараторы, третий и четвертый счетчики, второй цифроаналоговый преобразователь, второй блок сравнения и второй блок формирования пороговых напряжений, причем вход уст- ройства через центри(укщий фильтр соединен с информационным входом второго ключа, управлякщий вход кото. рого подключен к первому выходу второго генератора синхроимпульсов, к счетному входу третьего счетчика импульсов и управлякщим входам ячеек второго аналогового блока памяти, информационный вход первой ячейки памяти которого соединен с выходом второго ключа,, а установочные входы ячеек памяти второго аналогового блока памяти объединены с установочными входами третьего и четвертого счетчиков и подключены к первому выходу второго блока сравнения, выход первой ячейки второго аналогового блока памяти соединен с первыми входами дополнительных компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, второго аналогового блока памяти, выходы дополнительных компараторов соединены с установочными входами соответствующих разрядов второго регистра, управлякщий вход которого соедипе с втор,в» выходом второго генератора синхроимпульсов, выход второго регистра подключен к информационному входу четвертого счетчика, выход которого через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом второго блока сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выхбдам второго блока формирования пороговых напряжений, первый вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй .и третий входы второго блока формирования пороговых напряжений являются соответственно четвертым и пятым входами устройства, третьи входы дополнительных компараторов под. ключены к первому выходу второго генератора синхроимпульсов, выходы первого блока сравнения соединены соответственно с первыми входами элементов ИЛИ блока принятия решения, выходы второго блока сравнения соединены соответственно с вторыми входами элементов ИЛИ блока принятия решения, а выходы элементов

ИЛИ блока принятия решения являются выходами устройства.

1 07б 921

Изобретение относится к вичислительной технике и применяется при определении статистических харак терис тик случайных процессов, в частности для определения интервалов стационарности при произвольном распределении случайного процесса.

По основному авт.св. Р 935983 известно устройство для определения интервалов стационарности случайного пррцесса, содержащее генератор синхроимпульсон, первый выход которого соединен с управлякщим входом ключа, информационный вход которого является первым входом устройства, и блок сравнения, два счетчика, ре- 15 гистр, аналоговый блок памяти, цифроаналоговый преобразователь, компараторы и блок формирования порогo= вых напряжений, первый и второй входы которого являются соответственно 70 вторым и третьим входами устройства, а третий вход соедйнен с выходом первого счетчика, счетный вход которого объединен с управляющим входом анало — îâîãî блока памяти и под- 75 ключен к первому выходу генератора синхроимпульсов, информационный вход аналогового блока памяти соединен с выходом ключа, а установочные входы аналогового блока памяти объединены с установочным входом первого счетчика и подключены к первому выходу блока сравнения, выход первой ячейки аналогового, блока памяти соединен с первыми входами компараторов, вторые нходы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, аналогового блока памяти, выходы компаратора соединены с установочными входами соответствующих разрядов регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора синхроимпульсов, выход регистра подключен к нходу второго счетчика, выход которого через циФроаналоговый преобразова- 45 тель соединен с первым входом блока сраннения, второй и третий входы которого подключены.соответственно к первому и второму ныходам блока формирования пороговых напряжений j1). 50

8 известном устройстве блок формирования пороговых напряжений содержит два сумматора, источник ггостояннаго напряжения, масштабный усилитель, блок извлечения квад- 55 ратного корня, цифроаналоговый преобразователь и два блока умножения, первые входы которых являются соотнетственно первым и вторым входами блока формирования пороговых 60 напряжений, третьим входом которого является вход цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входам блока извлечения квадратного корня, и масштабного уси- б5 лителя, выход которого подключен к первым входам сумма торов, в торые входы которых подключены к источнику постоянного напряжения, третьи входы перного и второго сумматоров соединены соответственно с выходами первого и нторого блоков умножения, вторые нходы которых объединены и подключены к выходу блока извлечения квадратного корня, выходы сумматоров являются соответственно первым и нторым выходами блока hopмиронания порогового напряжения.

Недостатком иэнестного устройства является относительно низкая точность определения интервалов ста ционарности случайных процессов, обусловленная осуществлением проверки гипотезы на стационарность только относительно среднего.

Цель изобретения — повышение точ. ности определения интервалов стационарности случайного процесса произвольного объема путем дополнительной проверки гипотезы íà стационарность по дисперсии.

Поставленная цель достигается тем что устройство дополнительно содержит центрирующий фильтр, блок принятия решения, состоящий из двух элементов ИЛИ, второй генератор синхроимпульсов, второй ключ, второй аналоговый блок памяти, состоящий из последовательно соединенных ячеек памяти, нторой регистр, дополнительные компараторы, третий и четнертый счетчики, второй цифроаналоговый преобразователь, второй блок сравнения и второй блок формирования пороговых напряжений, причем вход устройства через центрирующий фильтр соединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого подключен к первому вьжоду второго генератора синхроимпульсов, к счетному входу третьего счетчика импульсов и упранляющим входам ячеек второго аналогового блока памяти, информационный вход первой ячейки памяти которого соединен с выходом второго ключа, а устаноночные входы ячеек памяти второго аналогового блока памяти объединены с установочными входами третьего и четвертого счетчиков и подключены к перному выходу второго блока сравнения, выход первой ячей ки второго аналогового блока памяти соединен с первыми входами дополнительных компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих ячеек, кроме первой, второго аналогового блока памя ти, выходы дополнительных компараторов соединены с установочными входами соответствующих разрядов второго регистра, упранля1076921

Устройство реализует непараметрический метод оценки гипотезы о ста,ционарности случайного процесса по 65 кщий вход которого соединен с вторым выходом второго генератора син- хроимпульсов, выход второго регистра подключен к информационному входу четвертого счетчика, выход которого через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с первьм входом второго блока сравнения, второй и третий входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам второго блока формирования пороговых напряжений, первый вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй и третий входы второго блока формирования пороговых напряжений являются сост- 15 ветственно четвертым и пятым входами устройства, третьи входы дополни тельных компараторов подключены к первому выходу второго генератора синхроимпульсов, выходы первого 20 блока сравнения соединены соответственно с первыми входами элементов

ИЛИ блока принятия решения, выходы второго блока сравнения соединены соответственно с вторыми входами элементов ИЛИ блока принятия решения, а выходы элементов HJIP блока принятия решения являются выходами

Устройства.

На чертеже пРиведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит вход 1, центрирукг ий фильтр 2, первый и второй ключи 3 и 3> с управляющими вхо( дами 4, первый и второй генераторы

5 и 5 синхроимпульсов, первый и третий счетчики 61 и 6, первый и второй регистры 71 и 72 компараторы 81 и дополнительные компараторы 8, первый и второй аналоговые блоки 9 и 9 памяти, второй и четвертый счетчики 101 и 10, первый и второй цифроаналоговые преобразователи 11„ и 11, первый и второй блоки 12 и 12 сравнения, состоящие из компараторов 131, 13, 14, 14 45 и элементов ИЛИ 15, 15, первый и второй блоки 161 и 16 формирования пороговых напряжений с входами

17, 17, 181, 18>, Умножители 19, 19>, сумматоры 20, 20, 21< и 21 < 50 умножители 21 и 212, источники 231 и 23 постоянного напряжения, ци- . фроаналоговые преобразователи 24 и 24, блоки 25,(и 252 извлечения квадратного корня, масштабирующие 55 усилители 261 и 26, блок 27 принятия решения с элементамй ИЛИ 28 и 29 и выходами 30 и 31. Соединение между собой блоков 3 -261 и 3 -26 одинако во и их совокуйность образует первый 32(и второй 322 блоки проверки гипотез. среднему и по дисперсии. Бля этого формируются две суммы числа инверсий неупорядоченной статистической выборки случайного процесса где

9 Ч "" > (о

1 i) соответственно t -е и j -е значения выборки случайного процесса(((.); соответственно i -е и 1 -е центрированные значения выборки случайíîro процесса (();

tl — число поступающих значений выборки.

Значения сумм числа инверсий „(и) и (и) сравниваются с порогами, которые определяются в соответствии с за. данной ошибкой первого рода проверки гипотезы на стационарность л (с (и)) = — Ги + где ь и с1 процентные точки биноминального распределения. Если одновременно выполняются не равенства

С,(и) - "ь,(и) с,(и)

C > (n) 6 с (и) (С „(и), то принимается Рещение о стационарности выборки Ч ((.;) случайного процесса ((t) по среднему и дисперсии

Если же условие (3) не выполняется, то с вероятностью ошибки первого рода й. выборка признается нестационарной. В этом случае, если

" (") ()" () с (.) убывающий (5)

Формирование значений в соответ-. ствии с условием (2) обеспечивает постоянство ошибки первого рода на любой длине выборки. Кроме того, формируя пороги согласно (2) и производя текущее сравнение числа инверсий с начала формирования выбор «076921 ки до момента неныполнения условия (3), можно определить интервалы стационарности случайного процесса, что решается следующим образом. Реализация g(t) случайного процесса Y(t} с входа 1 устройства поступает на вход первого блока 32 проверки гипотезы и через центрирующий фильтр

2 — на вход второго блока 32 проверки гипотез. Первый блок 321 проверки гипотез осуществляет проверку случайного процесса на стационарность относительно среднего, а второй блок 32> проверки гипотез

«относительно ди персии. Оба блока функционируют одинаково. Сигнал 15 поступает на один вход ключа 3, на другой вход которого от генератора

5 поступают импульсы с частотой сле. . дования fp и на вход счетчика 6,, который считает их число. При на- 2() личии синхроимпульса на нходе ключа 3 и на его выходе образуется сигнал, равный значению выборки

)< (1» ) или II; И») случайного процесса Y(t., которая поступает на нход аналогового блока 9 памяти, который выполнен, например, на элементах с постоянной зарядовой связью.

Число ячеек запоминающего блока 9 равно П. Значение поступившей выборки сначала записывается в первой ячейке, а под воздействием синхроимпульсов последовательно переносит-. ся н старшие ячейки, освобождая мес то для записи последующих значений выборки. Таким образом, при первом синхроимпульсе в первой ячейке блока 9 памяти будет записано значение

)» (4») или j» ((..„) и все остальные разряды пусты, а через интервал вре мени т = q. 1(10 в нем, начиная с 40 младшей ячейки, будет записана вся выборка

,((),ч„.,0..,),...,у М у.М,-,(<):

С приходом синхроимпульса одновременно содержимое ячеек поступает на входы компа раторон 8, где производитсяся их сравнение и фсрмирование инверсии(}(«}«, « } или Ц Я; «»«,). При каждом цикле сравнения содержимое первой ячейки блока 9 сравнивается с содержимым остальных ячеек. Если«,«};;ф>ф то компаратор вырабатывает 1( содержимое старшего разряда), в 55 противном случае — О. Поэтому закон формирования инверсий компараторами 8 соответствует услов ию (1) даже при проведении сравнения содержимого первого разряда с разрядами, 60 в которых значения e qe не записаны.

Значения 1 или 0 поступают в один из разрядов регистра 7, на упранляк«щий вход которого от генератора 5 поступают синхроимпульсы с частотой

f) f p > и од их в о эдей с тв ием содержимое регистра 7 выдается на счетчик

10 числа инверсий . Так как частота описывания содержимого регистра 7 в tl раз выше частоты выборок, то к моменту проведения следущего цикла сравнения регистр 7 готов к записи очередных функций иннерсий.

Счетчик 10 производит подсчет числа импульсов с выхода регистра 7, т.е. считает текущее значение числа инверсий к к-» к к-» ь,(Ц=Е K (}i();,q,)»л>вь,(к)=7: . цЯ;,),).

«.» >=«»» «в» >.«»

Преобразователем 11 это число преобразуется в напряжение и выдает. ся на вход блока 12 сравнения, где оно сравнивается с текущими порогами

«(и;) ис г(и«) I C» (и) „. Сг („) »

Вычисление текущих порогов выполняет блок 16 формирования порого вых напряжений, который функционирует следующим образом. Число импульсов, сосчитанное счетчиком 6, поступает на вход преобразователя

24, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное П, . Это напря>кение подается на входы блока

25 вычисления квадратного корня и мас»>табирующего усилителя 26 с коэф«фициентом усиления К вЂ . Напряжение г с выхода блока 25, пропорциональное подается на один иэ входов умно>кителей 19 и 22, на другой вход которых поступает напря>.ение, пропорциональное значению 7, /2 и «.»«>2 соотнетстненно с входов 17 и 18. На выходе умножителей 19 и 22 образует ся напряжение, пропорциональное соответственно " /2 ) п; иг«-«/г-} п,, которые подаются на входи сумматоров 20 и 21 соответственно. На другие входы сумматоров подаются напряжения с выхода усилителя 26, пропор . циональные «>»(2 и напряжение 1 В, от . источника 23 постоянного напряжения. На выходе сумматоров 20 и 21 образуются соответственно значения текущих порогов, которые поступают на входы компараторов 13 и 14 соответственно. Если условие,(3) ныполняется, то на выходе блока 12 сраннения напряжение отсутствует ° При нарушении условия стационарности при и

"«(и») <Сг(п«) CIAO ««г(Ф\ ) к С (ni) «««>»«

"»(4 )>С г(п;} о»и c,г(п, ) >С (и;) 1076921 на выходе компараторов 13 и 14 соответственно образуется импульс, который сбрасывает счетчик 6, счетчик 10 и стирает сигналы, записанные в аналоговом блоке 9 памяти, после чего начинается новый цикл определения интервала стационарности. Напряжение с выходов компараторов 13 обоих блоков проверки гипотез поступает в блок 27 принятия решения на элемент ИЛИ 28, а с выходов компараторов 14 — на элемент

ИЛИ 29.

Если сигнал образовался на выходе элемента ИЛИ 28, т.е. на выходе 30 устройства (условие 4), то интервал стационарности закончился и тренд возрастающий. Если же сигнал образовался на выходе элемента ИЛИ 29, т.е. на выходе 31 устройства (условие 5) то интервал стационарности закончился и. тренд убывакщий.

Величина интервала стационарности равна ( сто ц = >gg

10 где п ц — число, за фиксированное счет чик ом и ер ед сбросом.

Таким образом, применение изобретения позволяет повысить точность

15 определения интервалов стационарности по сравнению с прототипом.

1076921

Составитель В.Фукалов

Редактор Н.Ковалева Техред С.Легеэа Корректор О. Билак

Заказ 750/46 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, 7(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4