Сглаживающее устройство

 

Изобретение относится к ойласти специализированных средств вы- . числительной т ехники и может быть использовано для аппаратурного анализа реализаций случайных процессов . Цель изобретения - повьпоение точности. Для достижения цели сглаживающее устройство содержит второй регистр, два коммутатора, блок синхронизации , блок вычисления весовых коэффициентов и блок определения статистических параметров случайного процесса, соединенные между собой в соответствии с решаемой задачей. Это позволяет решать задачу сглаживания путем выделения кусочно-постоянного сигнала на фоне помех за счет настройки на конкретные отрезки реализации входного процесса. (Л 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЯ4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (l1) (51) 4

OIlHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3782639/24-24 (22) 01.06.84 (46) 23.10.86. Бил. У 39 (7!) Киевское геофизическое отделение Украинского научно-исследова- . тельского геолого-разведочного института (72) F..È.Êàïëàí и Б.И.Каплан (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 762009, кл. G 06 F 15/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 769552, кл. G 06 Г 15/36, 1980. (54) СГЛАЖИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области специализированных средств вычислительной т ехники и может быть использовано для аппаратурного анализа реализаций случайных процессов. 11ель изобретения — повьппение точности. Для достижения цели сглаживающее устройство содержит второй регистр, два коммутатора, блок синхронизации, блок вычисления весовых козффициентов и блок определения статистических параметров случайного процесса, соединенные между собой в соответствии с решаемой задачей.

Это позволяет решать задачу сглаживания путем выделения кусочно-постоянного сигнала на фоне помех за счет настройки на конкретные отрезки реализации входного процесса, 4 ил.

1265797

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для аппаратурного анализа реализаций случайных процессов °

Цель изобретения — повьппение точности выделения кусочно-постоянного сигнала на фоне помех эа счет настройки на конкретные отрезки реализации входного процесса.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг.2 — функциональная схема блока определения статистических параметров случайного процесса; на фиг ° 3 — функциональная схема блока вычисления весовых коэффициентов, на фиг. 4 — функциональная схема блока синхронизации, Сглаживающее устройство содержит регистр 1, m блоков 2 умножения, сумматор 3, блок 4 памяти, m-разрядный регистр 5, коммутатор 6, блок

7 определения статистических параметров случайного процесса, блок 8 вычисления весовых коэффициентов, коммутатор 9 и блок 10 синхронизации.

Блок 7 определения статистических параметров случайного процесса содержит вычитатели 11 и 12, квадраторы 13 и 14, элементы 15 и 16 за держки, сумматоры-накопители 17 и

18, делитель на (М-2) 19, делитель на (М"1) 20, делитель на два 21, компаратор ?2, вычитатели 23 и 24, компаратор 25, входные шины 26-28 данных, входные шины 29-31 управляющих сигналов и выходные шины 32 и 33.

Блок 8 вычисления весовых коэффициентов содержит входные шины 32 и 33, умножитель на два 34, сумматор

35, делитель 36, регистр 37, умножитель на два 38, постоянное запоминающее устройство 39, компаратор 40, мультиплексор 41, (m-1) умножителей

42-47, (k+1)) сумматоров 48-50, (k+1) умножителей 51-53, регистр

54, вычитатель 55, сумматор 56, вычитатель 57 и делители 58 и 59.

Блок 10 синхронизации содержит выходные шины 29-31, генератор 60 импульсов, RS-триггеры 61-63, элементы И 64-66, счетчик 67 по модулю

М, счетчик 68 по модулю (N+m-1) и элементы 69 и 70 задержки, Устройство работает следующим образом.

Отсчеты процесса x;, i=1,... N представляющие собой сумму кусочнопостоянного сигнала у, и случайной помехи (;, поступают в регистр 1, где накапливается исследуемый участок реализации. C разрядных выходов регистра 1 значения х, поступают на входы блока 7 определения статистических параметров случайного процесса, который оценивает степень нестационарности сглаживаемого процесса и, в зависимости от полученного результата, определяет режим работы устройства.

В блоке 7 оцениваются дисперсия г 1 помехи б = " (0 Y, «< Ч 1 и показа тель нестационарности Ь =макс(О, Ч:.

-Ч,), где и-

Ч = --- (-х ), Ч = --- 5=

М-1;, + < М-2 х(х, -х ° ) На выходах блока 7 формируются сигналы, управляющие работой коммутаторов 6 и 9. Приб =О, что соответствует отсутствию помехи (;, на первом выходе блока 7 появляется сигнал, который, поступая на управляющий вход коммутатора 6, обеспечивает прохождение данных с выхода регистра 1 через первый вход коммутатора 6 на выход устройства беэ обработки.

При б ФО осуществляется сглаживание реализации и на первом выходе блока

7 появляется сигнал, вызывающий подключение к выходу устройства второго входа коммутатора 6.

В случае а =О исследуемый процесс признается стационарным на заданном интервале. На третьем выходе блока

7 появляется сигнал, который, действуя на управляющий вход коммутатора 9, обеспечивает прохождение на вторые входы блоков 2 умножения с выходов блока 4 памяти фиксированных коэффициентов равновесного осредне1 ния Р, — 2 +1, где ) 0,1..., ° 1с;

m=2k+1 - число разрядов регистра 5, определяющее ширину окна сглаживания. Если Ь ФО, то на вход блока 8 вычисления весовых коэффициентов подаются значения о и 4, на основании которых вычисляются весовые коэффициенты

Ь-1 h +Ь . „я а

Р . = --- ------ ",Ь=А+ А -l А=l+

+ j baal Ь"-1 26

1265797 обеспечивавшие интегральную квадратичную близость сглаженной траектории к истинному сигналу, На третьем выходе блока 7 появляется сигнал, переключающий коммутатор 9 так, что на вторые входы блоков 2 умножения поступают сформированные весовые коэффициенты.

Таким образом, на вторые входы блоков 2 умножения поступают весовые коэффициенты, соответствующие выбранному режиму осреднения. На первые входы блоков 2 умножения поступают текущие значения процесса с разрядных выходов регистра 5. Полученные произведения подаются на входы сумматора 3, на выходе которого получается отфильтрованное значение сигнала у =, p- x;. поступаю-к щее на выход устройства. С первого выхода блока 10 синхронизации на управляющие входы регистра 1 и регистра 5 поступают сигналы разрешения сдвига, с второго выхода — на управляющий вход блока ? поступают сигналы, разрешающие оценку очередного отрезка реализации исследуемого процесса, с третьего выхода — на управляющий вход сумматора 3 поступают сигналы разрешения обработки данных.

Блок 7 определения статистических параметров случайного процесса работает следующим образом.

При заполнении регистра l на входы вычитателей 11 и 12 по шинам 2628 поступают поочередно значения входного процесса с первых трех ячеек регистра. По сигналам, поступающим с управляющих шин 30 и 31 на

С-входы вычитателей 11 и 12, производится соответственно текущее вычисление разностей х;, -х; и х;„-х;.

Квадраторы 13 и 14 возводят полученные значения в квадрат, а сумматоры-накопители 17 и 18 на своих выходах в результате формируют соот(1 ветственно суммы, (х -х;) - и

Н -1 з "т +г (х;„-х; . Элементы 15 и 16 за-

)a5 держки обеспечивают работу сумматоров-накопителей 17 и 18 после окончания переходных процессов в вычитателях 11 и 12 и умножителях 13 и 14.

После заполнения регистра 1, когда на выходах делителей 19 и 20 устанавливаются соответственно значения V и Ч», а на выходе делителя

21 — величина " /г, компараторы 22 и

25,по управляющему сигналу с шины

29 производят анализ оптимального режима осреднения. Вычитатели 23 и

24 формируют при этом соответствени, но значения V - -- и Ч -Ч . Если

9 г

V -- (б =О) то на выходе компара2,, тора 22 появляется сигнал, подключающий выход регистра 1 через коммутатор 6 к выходу устройства. При

V<>V (d =О) на выходе компаратора

25 появляется сигнал, обеспечивающий подключение выходов блока 4 памяти через коммутатор 9 к вторым входам блоков 2 умножения. В случае

Ч г а

--аЧ àV величины б и 6 поступаУ ющие с выходов вычитателей 23 и 24 по шинам 32 и 33 в блок 8 вычисления весовых коэффициентов, принима" ют участие в формировании коэффициентов Р,, с помощью которых осуществляется сглаживание исходной реализации.

Блок 8 вычисления весовых коэффициентов работает следующим образом.

На вход умножителя 34 и первый вход сумматора 35 по шинам 32 и 33 поступают соответственно значения

30 и 6 так, что на выходе делителя

36 формируется значение А. В ПЗУ 39 хранятся табулированные значения Ь при АА„ где величина А содержится в регистре 37 и определяет точность аппроксимации зависимости Ь=Г(А) °

Компаратор 40 сравнивает значение

А, поступающее с выхода делителя 36, с величиной А„. В случае А>А ком" паратор 40 формирует адресный сиг40 нал, по которому на выходе мульти плексора 41 действует сигнал Ь2А, сформированный умножителем 38. При

А А к выходу мультиплексора 41 подключается выход ПЗУ 39 со значением

45 Ь, соответствующим величине А. Умножители 42-47 формируют соответственно значения Ь,Ь,...,Ь, которые поступают на входы сумматоров

48-50 в таких сочетаниях, что на первых входах умножителей 51-53 действуют соответственно сигналы Ь +1, b" +Ь, .. °, b +Ь" . На вторые входы умножителей 51-53 поступает значение (b-1)/(Ь+1)(Ь -1), полученное у арифметическими элементами 55-59. В результате на выходах умножителей 51-53 и, следовательно, на выходах блока 8 вычисления весовых коэффици.

5 12 ентов формируются значения коэф— фициентов P,,Ð, . ..P, О 1 +1Ь °

Блок 10 синхронизации работает следующим образом.

Первоначально триггеры 61-63 и счетчики 67 и 68 устанавливаются в нулевое состояние. Генератор 60 формирует серию 2N импульсов, которые через первый выход блока поступают на управлявшие входы регистра 1 и регистра 5, Первый же импульс устанавливает триггер 61 в единичное состояние, следовательно с второго входа элемента И 64 на его выход проходят импульсы, начиная с второго, Первый импульс на выходе элемента И 64 (второй импульс генератора 60) переводит в единичное состояние триггер 62 и на выходе элемента И 65 появляется серия импульсов генератора 60, начиная с третьего. N-й импульс генератора 60 через счетчик 67 поступает на вход элемента 69 задержки. Таким образом, на шине 30 формируется серия импульсов, обеспечивающая работу вычитателя 12 и сумматора-накопителя

18 блока 7, на шине 31 - серия импульсов для управления вычитателем

11 и сумматором-накопителем 17 а на нине 29 — сигналы, управляющие работой компараторов 22 и 25 и вычитателей 23 и 24 блока 7. Элемент

69 задержки обеспечивает работу элементов 22-75 после того, как срабатывают элементы 11 21. На третьем выходе блока 10 синхронизации формируется последовательность импульсов для управления сумматором 3.

Первый импульс в этой последовательности появляется с приходом (N+m)-ãî импульса с выхода генератора 60.

Это достигается тем, что (N+m-1)-й импульс появляется на выходе счетчика 68 и устанавливает триггер 63 в единичное состояние, разрешая прохождение импульсов через элемент

И 66. Элемент 70 задержки обеспечивает срабатывание сумматора 3 после того, как на выходах блоков 2 умножения установятся необходимые значения сигналов, 65 797 Ь формулаизобретени!

Сглаживающее устройство, содержащее блок памяти, первый регистр, информационный вход которого является входом устройства, группу блоков умножения, выходы которых соединены соответственно с входами сумматора, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности, оно содержит второй регистр, два коммутатора, блок синхронизации, блок вычисления весовых коэффициентов и блок определения статистических параметров случайного процесса, информационные входы которого соединены соответственно с разрядными выходами первого регистра, выход последнего разряда которого подключен к информационному входу второго регистра и первому информационному входу первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с выходом сумматора, а управляющий вход первого коммутатора подключен к первому информационному выходу блока определения статистических параметров случайного процесса, второй и третий информационные выходы которого соединены с информационными и управляющими входами соответственно блока вычисления весовых коэффициентов и второго коммутатора, выходы которого подключены к первым входам груп" пы блоков умножения соответственно, вторые входы которых соединены с разрядными выходами второго регистра, первая и вторая группы информационных входов второго коммутатора соединены соответственно с выходами блока вычисления весовых коэффициентов и блока памяти, первый, второй и третий выходы блока синх- . ронизации подключены соответственно к входам сдвига первого и второго регистров, к синхронизирующему входу блока определения статистических параметров случайного процесса и тактовому входу сумматора, выход первого коммутатора является выходом устройства, )26579?

1265797

Фиг3

<265797

Фиг.

Составитель З.Сечина

Техред A.Кравчук Корректор A.Îáðó÷àð

Редактор А.Ворович

Закаэ 5667/48 Тирам 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г, Умгород, ул. Проектная, 4