Устройство для анализа распределений случайных процессов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СЛУЧАЙНЬК ПРОЦЕССОВ, содержащее аналого-цифровой преобразователь , информационный вход кото- . рого является входом устройства, а вход запуска подключен к первому выходу блока синхронизации, второй йыход которого, соединен с синхронизируклцим входом блока памяти, информационньй вход которого подключен к выходу комбинационного сумматора, первый вход которого подключен к выходу блока памяти и является выходом устройства, отличаю щеее я тем, что, с целью расширения Р е W JEйKЛJjOiEKл функциональных возможностей за счет обеспечения анализа эмпирической функции распределения, в него введены счетчик адреса, мультиплексор адреса, мультиплексор данных и буферный регистр, информационньй вход которого объединен с информационным входом блока памяти, адресньй вход которого подключен к выходу мультиплексора адреса, первый информационный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй информационный вход - с выходом счетчика адреса, а управляющий вход мультиплексора адреса объединен с управляющим входом мультиплексора данных и подключен к третьему СО выходу блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с входами сброса счетчика адреса и буферного регистра, второй выход блока синхронизации подключен к счетному входу счетчика адреса и управляющему взСоду буферного, регистра, выход коО ) торого соединен с первым информации (: онньм входом мультиплексора данных, J второй информационпаый вход которого GO соединен с шиной логической единицы устройства, а выход подключен к второму входу комбинационного сумматора.

((9) (1() СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦЙАЛИСТИЧЕСНИХ

PECllYEiflHH

4 А

4(5() G 06 F 5 36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3694503/24-24 (22) 23.01.84 (46) 30.06.85. Бюл. Ф 24 (72) А.Г.Цитрин, В.Н;Бронников, А.И.Por и Б.А.Щукин (53) 681.3 (088.8) (56) Мирский Г.Я.. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М.: Энергия, 1972, с. 328, р. 6-28.

Авторское свидетельство СССР

Ф 830399, кл. С 06 F 15/36, 1979.

Левин Б.P. Теоретические основы статистической радиотехники, кн.З-я, M.: Советское радио, 1976, с.46-54. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА PAGПРЕДЕЛЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационный вход кото- рого является входом устройства, а вход запуска подключен к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого соединен с синхронизирующим входом блока памяти, информационный вход которого подключен к выходу комбинационного сумматора, первый вход которого подключен к выходу блока памяти и является выходом устройства, о т л и ч а ю щ ее с я тем,-что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения анализа эмпирической функции распределения, в него введены счетчик адреса, мультиплексор адреса, мультиплексор данных и буферный регистр, информационный вход которого объединен с информационным входом блока памяти, адресный вход которого подключен к выходу мультиплексора адреса, первый информационный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй информационный вход — с выходом счетчика адреса, а управляющий вход мультиплексора адреса объединен с управляющим входом мультиплексора данных и подключен к третьему выходу блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с входами сброса счетчика адреса и буферного регистра, второй выход блока синхронизации подключен к счетному входу счетчика адреса и управляющему входу буферного регистра, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора данных, второй информационный вход которого соединен с шиной логической единицы устройства, а выход подключен к второму входу комбинационного сумматора.

1164734

Ф

F, (х)

И

i (õ-x ) (1) ) где N

x„(i=1N) 15

1(х-х; ) О при х с. х, 19

1 при х х.

35

50 (3) Изобретение относится к вычислительной технике, технической диагностике, технике распознавания образов и может быть использовано для анализа статистических характеристик случайных процессов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения анализа эмпирической функции распределе-1О ния параметра исследуемого случайно: ro процесса..

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные, диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг, 1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, счетчик адреса 2, мультиплексор адреса 3, блок 4 памяти, буферный регистр 5, блок 6 синхронизации, муль- 20 типлексор данных 7, комбинационный сумматор 8. Первый информационный вход мультиплексора адреса 3 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 1, второй информационный вход — с выходом счетчика адреса 2, а выход — с адресным входом блока 4 памяти. Выход блока 4 памяти, являющийся выходом устройства, соединен с первым входом комбинационного сумматора 8, выход которого соединен одновременно с информацион— ными входами блока 4 памяти и буферного регистра 5. Выход буферного регистра 5 соединен с первым информационным входом мультиплексора данных 7, второй информационный вход которого соединен с шиной постоянноro потенциала, равного уровню

"лог. 1", а выход мультиплексора данных 7 соединен с вторым входом комбинационного сумматора 8. Первый выход блока 6 синхронизации соединен с входом запуска аналого-цифро вого преобразователя 1, третий выход соединен, одновременно, с управляющими входами мультиплексора адреса 3 и мультиплексора данных 7, четвертый. выход соединен одновременно с входом сброса счетчика адреса 2 и входом сброса буферного регистра

5, второй выход соединен одновремен-. но со счетным входом счетчика адреса 2,. синхронизирующим входом блока

4 памяти и управляющим входом буфер-.55 ного регистра 5.

Составные части устройства могут быть выполнены на серийно иэготавливаемых цифровых интегральных микросхемах отечественного производства.

Принцип работы устройства основан на связи, существующей между гистотограммой и эмпирической функцией распределения случайного процесса.

Известно, что эмпирическая функция распределения объем выборки; выборочные значения, упорядоченные в порядке возрастания в вариационный .ряд (порядковые статистики);

1 (х) — функция включения.

При квантовании выборки (что имеет место как в прототипе, так и в устройстве) весь диапазон изменения параметра исследуемого =лучайного и процесса разбивается на Е = 2 интервалов квантования (каналов анализа). Д, „,..., Ь;, одинковой ши. рины (фиг. 2), где п — количество двоичных .разрядов аналого-цифрового преобразователя (квантователя) .

Выборочные значения, попадающие в один и тот же интервал квантования, отождествляются.

При этом выражение (i) можно представить в виде х 1 1,»

F (х) = — — - ) 1(х — i.ä) (2) . М 1 0 где 3„ - количество выборочных значений., зафиксированных в

i-м интервале квантования (1 = 0,1.-1 )j

Ь вЂ” шаг квантования (ширина интервала квантования).

Гистограмма параметра случайного процесса при квантовании выборки может быть представлена аналитически в виде где » — то же, что и в (2);

1164

i-=Ent - — — номер интервала квантоЬ вания, в котором находится аргумент функции

Q (х)(Ent — символ операции взятия целой части числа), Из (2) и (3) следует, что эмпири% ческая функция распределения Р„(х) может быть вычислена по известйой гистограмме с помощью формулы

"н(х)= Е g (x,1-K — = — ":: - .,, (4)

i=0 i=0 N N ip где х„ — координата середины i-го интервала квантования; х 1 в номер интервала квантова(.6 ния, в котором находится аргумент F„(x) .

Исключив из рассмотрения нормирующий умножитель запишем (4) в и упрощенном виде

Г (к) = K. 4„(5)

=о где k =О,L-1;

Я; — дискретное значение гистограммы в i-м интервале квантования.

1 аким образом,из (5) очевидно, что зная гистограмму легко определить значения эмпирической функции распределения в любой точке (при любом значении аргумента) суммиро- ванием дискретных значений гистограммы, начиная с нулевого интервала и кончая тем, что в котором на ходится выбранная точка. На этом соотношении между гистограммой и эмпирической функцией распределения основана работа устройства.

Устройство работает следующим образом.

По команде начала цикла анализа, поступающей в блок 6 синхронизации (источник этой команды на фиг. 1 не показан) на выходе 3 блока 6 синхронизации появляется сигнал (например, с уровнем лог.0 ), переключающий мультиплексор адреса 3 и мультиплексор данных 7 в состояние, в котором информация на выходы. поступает с входов 1 и 2 соответственно.

При этом аналого-цифровой преобразо ватель 1, .блок 4 памяти, блок 6 синхронизации и комбинационный сумматор

8 оказываются соединенными так же, 734 4 как в прототипе, т.е. устройство переводится в режим "анализа гистограммы". На выходе 1 блока 6 синхронизации вырабатываются импульсы запуска аналога-цИфрового преобразователя в количестве М (И, как и ранее, объем выборки), а на выходе 2 блока 6 синхронизации — импульсы записи информации в блок 4 с задержкой Гэ1относительно импульсов запуска аналого-цифрового преобразователя

11 "АЦп Мс+ " "см

15 4 л где с А — время аналого-цифрового

ЦП преобразования; время задержки распространения сигнала через мультиплексор адреса 3

/\ время чтения информации из блока 4 памяти; время суммирования комбинационного сумматора 8.

По каждому импульсу запуска, поступающему на вход запуска аналогоцифрового преобразователя с выхода

1 блока 6 синхронизации, осуществляется аналого-цифровое преобразование параметра исследуемого случайного процессе x(t) в двоичный код.

Этот код через мультиплексор адреса л

3 с задержкой „ с поступает на адресный вход блока 4 памяти . Через время

35 ь„„ на выходе блока 4 памяти появляется код числа, содержащегося в ячейке, адрес которой задается кодом аналого-цифрового преобразователя (каждая из Ь ячеек блока 4 памяти, 40 начиная с О-й т кончая (Ь-1)-й, вэаимно однозначно соответствует одному из I. интервалов квантования).

Код на выходе аналого-цифрового преобразователя обозначает номер

45 интервала квантования, в котором, находится значение параметра случайного процесса. В комбинационном сумматоре 8 это число увеличивается на 1, поскольку на вход 2 комбина50 ционного сумматора 8 через мультиплексор данных 7 поступает сигнал с уровнем "лог.1" на все время режима "анализа гистограммы". Увеличенное на единицу число через время сд, 55 с выхода сумматора поступает на информационный вход блока 4 памяти.

На синхронизирующий вход блока 4 памяти с задержкой ь см.(6)) с

1164734 выхода 2 блока 6 синхронизации поступает импульс записи, по которому увеличенное на единицу число записывается в ту же ячейку блока 4 памяти.

Таким образом, после каждого цик- 5 ла аналого-цифрового преобразования число, записанное в той ячейке блока 4 памяти, адрес которой задается выходным кодом аналого-цифрового преобразователя 1, увеличивается на единицу. Если перед началом измерений во все ячейки блока 4 памяти записываются нули, т.е. "память очищается" (цепь формирования вспомогательного режима "очистки памяти" на 15 фиг. 1 не изображена), то после окончания процесса измерений в ячейках блока 4 памяти оказываются записанными дискретные значения гистограммы параметра исследуемого случайного 20 процесса x(t). На этом режим "анализа .гистограммы" заканчивается °

На выходе 4 блока .6 синхронизации вырабатывается короткий импульс сброса, устанавливающий нули на вы- .25 ходах счетчика адреса .2 и буферного регистра 5, а на выходе 2 блока 6 синхронизации устанавливается сигнал инверсной полярности (например, с . уровнем "лог. 1"), устанавливающий мультиплексоры адреса 3 и данных 7 в состояние, в котором информация на их выходы поступает с информационных входов 2 и 1 соответственно.

Устройство переводится в режим

"анализа. эмпирической функции распределения", выполняющийся за L тактов. В этом режиме работа устройства происходит следующим образом.

0-й такт.

Код с выхода счетчика адреса 2 через мультиплексор адреса 3 с зал Ф держкой ьц поступает на,адресный вход блока 4 памяти. На выходе блока

4 памяти через время „т появляется код числа о, записанного в 0-й ячейке, равного дискретному значению гис-. тограммы параметра случайного процесса в 0-м интервале квантования, Это число поступает на вход 1 сумматора

8, на второй вход которого через мультиплексор данных 7 поступает код числа К с выхода буферного регистра 5 (В 0-м такте Ro=O). На выходе комбинационного сумматора 8 с задержкой см появляется код результата суммирования F< . о + Rî =4m (7) который поступает на информационные входы блока 4 памяти и буферного регистра 5. После этого на объединенные между собой синхронизирующий вход блока 4 памяти, управляющий вход буферного регистра 5 и счетный вход счетчика адреса 2 поступает импульс записи с выхода 2 блока 6 синхрониэации (длительность этого импульса „«тах(",>,Г (8) где — минимальная длительность счетного .импульса счетчика адреса 2; минимальная длительность импульса записи информации в блок 4 памяти; и

, — минимальная длительность импульса записи в буферный регистр 5).

По этому импульсу производится запись кода F в 0-ю ячейку блока 4 памяти и буферный регистр 5. С окончанием действия импульса записи заканчивается нулевой такт.

Работа устройства в 1-м, 2-м, (Ь-1)-м тактах аналогична работе в

0-м такте, поэтому ниже приводится описание работы устройства в произвольном i-м (i-=1,L-1) такте. При этом в описании не указаны задержки, так как они аналогичны описанным в 0-м такте.

i-й такт.

По заднему фронту импульса записи (i-1)-го такта счетчик адреса

2 переключается в следующее состояние, т.е. на его выходе появляется код числа i. Этот код через мультиплексор адреса 3 поступает на адрес-. ный вход блока 4 памяти, на выходе которого появляется код числа записанного в i-й ячейке (М„ равно дискретному значению гистограммы в

i-м интервале квантова:ния) ° Код поступает на вход 1 комбинационного сумматора 8, на вход 2 которого через мультиплексор данных 7 поступает код числа F< < с выхода буферного регистра 5. На выходе комбинационного сумматора 8 появляется код результата суммирования

1-1

1 (9)

k=0 k 0

Ъ

Код Г; поступает на соединенные между собой информацио:нные входы

I 1647

10

7 блока 4 памяти и буферного регистра 5. Затем на соединенные между собой синхронизирующий, управляющий и счетный входы блока 4 памяти, буферного регистра 5 и счетчика адреса 2 соответственно с выхода 2 блока 6 синхронизации поступает импульс записи. По этому импульсу производитб ся запись кода F в i-ю ячейку блока 4 памяти и буферный регистр 5.

С окончанием дейс.гвия импульса за писи заканчивается 1-й такт.

Таким образом, лосле окончания

i-ro такта в ячейках О, t i оказываются записанными, как это следу- 15 ет из .формул (5) и (9), дискретные значения эмпирической функции распределения параметра исследуемого случайного процесса x(t) . После окончания (L-I) ãî такта анализ эм- 20 пирической функции распределения заканчивается. В каждой ячейке с 0-й по (L-1)-ю включительно оказываются записанными дискретные значения эмпирической функции распределения. 25

Временные диаграммы работы устройства приведены на фиг. 2.

Таким образом, устройство производит анализ эмпирической функции распределения параметра исследуемого 30 случайного. процесса.

Дополнительным преимуществом устройства является то, что анализ эмпирической функции распределения (ЭФР) осуществляется в реальном масштабе времени. Действительно, под работой

35 устройства в реальном масштабе времени, в данном случае, подразумевается выполнение условия, что время анализа эмпирической функции распределе40 ния значительно меньше длительности анализируемой реализации случайного процесса x(t) . Поскольку ҄— длительность анализируемой реализации (время анализа гистограммы) опреде-. ляется эффективной шириной спектра случайного процесса и объемом выборки N„ а время анализа эмпирической функции распределения Тр — количеством интервалов квантования Ь н быстродействием составных частей устройства, то, очевидно, соответствующим подбором элементной базы устройства можно добиться выполнения условия

I Т (с,т-„(10)

В том случае, когда для обработки статистического материала необходимы одновременно гистограмма и эмпирическая функция распределения задача легко решается на основе устройства. Гистограмма, как правило, не занимает весь объем памяти,а лишь одну или несколько страниц. Поэтому достаточно в устройстве сигнал с выхода 3 блока синхронизации, простробированный импульсом записи с выхода 2 блока синхронизации, подать на старший разряд адресного входа блока памяти, а между выходом блока . памяти и входом 1 комбинационного сумматора включйть дополнительный буферный регистр (типа триггеразащелки) для хранения кода текущего дискретного значения гистограммы.

После поступления из блока синхронизации Ь импульсов записи на "нижней" странице блока памяти оказывается записанной гистограмма, а на

"верхней" — эмпирическая функция распределения параметра случайного процесса.

1164734

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4189/47 Тираж 710 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. УжГород, ул.Проектная,4

Ь ф Ъф . чф ч

Составитель Э.Сечина

Редактор Л.Авраменко Техред M,Ãåðråëü \ю 4 ь

4r ф