Адаптивное устройство для сглаживания случайных процессов

 

СОК)З СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (д1) 4 G 06 Г 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3919732/24-24 . (22) 01.07.85 (46) 23.08.88, Бюл, К - 31 (72) Е.В.Бодянский и А.Я.Мещеряков (53) 681.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 769551, кл. С 06 F 15/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 619924, кл. G 06 F Т5/36, 1978. (54)(57) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

СГЛАЖИВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ,содержащее первый и второй счетчики, первый регистр, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены сумматоры, триггер, второй регистр, блок умножения, релейный блок, дешифратор, блоки задания максимальной длины серии, максимального и.минимального числа серий и шага, блок определения поправки коэффициента сглаживания, содержащий компараторы, элементы И, элемент ИЛИ, блоки элементов И, сумматоры и блок элементов НЕ, первые входы первого и второго сумматоров блока определения поправки коэффици" ента сглаживания объединены с первыми входами первого сумматора и блока умножения и подключены к выходу первого регистра, вторые входы первого и второго сумматоров, информационный вход первого блока элементов И и вход блока элементов НЕ блока определения поправки коэффициента сглаживания объединены и соединены с выходом блока задания шага, первый и второй входы первого компаратора подключены к выходам первого счетчика и блока задания максимальной длины серии, выход первого компаратора соединен с первым входом элемента

ÄÄSUÄÄ 1418752 А1

ИЛИ, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого блока элементов И, выход которого подключен к первому входу третьего сумматора блока определения поправоккоэффициента сглаживания,второй вход которого соединен саггходом второго блока элементов НЕ, информационный вход которого подключен к выходу блока элементов НЕ, управляющий вход второго блока элементов И соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго компаратора, второй вход второго элемента И объединен с вычитакищим входом второго счетчика и соединен с выходом третьего компаратора, первый и второй входы которого подключены к выходу блока задания максимального числа серий и к выходу второго счетчика соответственно, выходы первого и второго сумматоров блока определения оправки коэффициента сглаживания соединены с первыми входами второго и четвертого компараторов соответственно, .вторые входы которых являются. входами задания нуля и единицы уст» ройства соответственно, второй вход первого элемента И подключен к выходу четвертого компаратора, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом пятого компаратора, первый и второй входы которого подключены к выходу второго счетчика и выходу блока зада ния минима,пьного числа серии соответственно, выход третьего сумматора блока определения поправки коэффициента сглаживания соединен с вторым входом первого сумматора, выход ко141 торого подключен к входу первого регистра, информационный вход уст-! ройства соединен с первым входом

1 второго сумматора, выход которого подключен к второму входу блока умножения и -входу релейного блока, выход которого подключен к первому входу, дешифратора, второй вход которого соединен с выходом триггера, счетный вход которого объединен со счетным входом второго счетчика и входом

8752 сброса первого счетчика и подключен к первому выходу дешифратора, второй выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выход блока умножения подключен к первому входу третьего сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра и является выходом устройства, выход второго регистра подключен к вторым входам второго и третьего сумматоров.

IИзобретение относится к специали,зированным цифровым вычислительным .устройствам, предназначенным для ,вычисления статистических характе1 ристик нестационарных случайных процессов.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2функциональная схема блока определения поправки коэффициента сглаживания.

Устройство содержит сумматор 1, блок 2 умножения, сумматор 3, регистр

4, релейный блок 5, дешифратор 6, счетчики 7 и 8, триггер 9, блок 10 определения поправки коэффициента сглаживания, блоки задания максимальной длины серий i1 минимального числа серий 12, максимального числа серий 13, шага 14, сумматор 15, регистр 16, блок 10 содержит сумматоры 17 и 18, компараторы 19-23, элемент ИЛИ 24, элементы И 25 и 26,,блоки 27 и 28 элементов И, блок 29 элементов HE сумматор 30, выход 31 поправки коэффициента сглаживания, выход 32 коррекции числа серий.

Устройство реализует соотношение ш„=ш„,+ (х„ m - ), (1) где m . — сглаженное значение нестаИ ционарного случайного процесса; х„ - текущее значение случайного процесса; а„ - коэффициент сглаживания (О a„61)„:

n — дискретное время.

Под понятием серии подразумеваюг подряд идущие отклонения одного зна. ка текущих значений нестационарного случайного процесса от его сглаженных значений. Под длиной серии 1 понимают число рассматриваемых отклонений. Количество серий К > определяют как число серий, появившихся с момента времени 0 по момент времени п. Вводят переменную-индикатор, которая равна +1, если знак отклонения, предшествующего текущему, поло™ жителен, и,- 1 в противном случае.

Формальные выражения для определения длины серии и количества серий можно записать следующим образом: (2)

К „„= К„, если л.-зl,gn(x +, -ш„);

20 1 I 4

ЬФ1 5 (3)

К»„=K„+„„если i = - sipn (х — ш„).

М1

Т.е. в случае сохранения знака отклонений длины серии увеличивается на едИницу5 а количестно серий остается постоянным. В случае измененйя знака отклонений начинается новая серия, причем число серий увеличи вается на единицу, а индикатор-меняет знак.

Как длина серии, так и количество серий характеризуют корректность определения сглаженного значения

35 нестационарного случайного процесса.

При корректном определении сгла» женного значения должны выполняться условия 1 с макс ° (4) 1418752

Кмцн Kn Кмис (5) где 1 „„ — максимальная статически обоснованная длина серии для данного шага оценивания;

K,NèэКмакс- минимальное и максимальное статически обоснован- ные количества серий для данного шага оценивания.

Неравенства (4) и (5) содержательно интерпретируются следующим образом. Большая длина серии или малое кбличество серий свидетельствуют об "отставании" оценки сглаженного значения нестационарного случайного процесса от его истинного значения, а большое количество серий - о слежении рассматриваемой оценки за процессом. В обоих указанных случаях снижается точность оценки сглаженного значения нестационарного случайного процесса. С целью повышения точности этой оценки в предлагаемом адаптивном сглаживающем фильтре применяется адаптация коэффициента сглаживания по правилам . а „+1=а„+ла, если (К„< K «V1> " ай, =an "a если K„» Kììêñ лап-аа» 0; (7) а „+, =а„, если. выполняются (4) и (5). (8}

Для расширения функциональных возможностей процедуры адаптации в случае выполнения (7) дополнительно корректируют .число серий

K + +1 = K (9)

Таким образом, в устройстве осуществляется обработка нестационарных случайных процессов путем адаптации коэффициент сглаживания с учетом длины серии, количества серий и ограничений на эти характеристики, в результате чего, расширяются функциональные возможности и повышается точность устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устанавливают начальные значения сглаженного значения нестационарного случайного процесса и коэффициента сглаживания (О 4 а> (1) соответственно в первом 4 и втором 16 регистрах. Начальное состояние триггера 9 произвольно.

На счетчиках 7 и 8 устанавливаются нули. !

После подачи первого значения нестационарного случайного процесса х в сумматоре 1 из него вычитается начальное значение п1,, поступающее с выхода регистра 4. С выхода сумма тора величина .х„-mо поступает в блок 2 уйножения, где находится ее

I произведение с коэффициентoh сглаживания а, поступающим с выхода регистра 16. В сумматоре 3 произведение а (х,-тп ), поступающее с выхода блока умножения, суммируется со сглаженным значением с выхода регистра

4, и полученное значение является новой оценкой сглаженного значения и записывается в регистр 4.

Блоки 5 — 10, 15 и 16 образуют контур адаптации коэффициента сглаживания, а блоки 1 — 4 контур сглалптвания.. Разность х - m поступает в .

1 О релейнйй блок 5, где определяется функция sign (х„-m <}, значение кото рой поступает на первый вход дешиф25 ратора б. На второч вход последнего поступает значение пеоеменной индикатора с выхода триггера 9. При равенстве сигналов с релейного блока 5 и триггера 9 на первом выходе.

ЗО дешифратора 6 появляется сигнал. кото рый после попадания на.первый вход счетчика 7 приводит к увеличению его показаний на единицу. При неравенстве сигналов с релейного блока-5 и триггера 9 на втором выходе дешифратора 6 появляется сигнал, который после попадания на второй вход счет.чика ? приводит к его сбросу, после попадания на первый вход счетчика

40 8 приводит к увеличению его показаний на единицу и после попадания на вход триггера 9 переводит его в новое устойчивое состояние (формируя новое значение переменной-индп45 катора).

В таблице приведены состояния входов дешифратора б.

Таким образом, дешифратор 6 по своему первому выходу реализует логическую функцию "Равнозначность", а по второму выходу — логическую функцию "Неравнозначность".

Блок 10 реализует выражения (б) (8), формирует значение корректиру о щей добавки коэффициента сглаживания (+ д а или О) и формирует корректировку числа серий в соответствии с (9). С этой целью на него постуВходы дешифратора

Первый Второй

Второй

0 пают значения длины серии с выхода первого счетчика 7, количества серий со второго счетчика 8, 1мд„, с блока

К мин с блока 12, K ù„,ñ блока

13,. йа с блока 14 и а с выхода регистра 16 соответственно на входы с первого по седьмой.

Сумматоры 17 и 18 позволяют определить суммы а, + a а и а - s а соответственно. Компаратор 19 позволяет проверить неравенство 1 р 7i 1м

Компаратор 20 позволяет проверить неравенство Ко К„,> . Компараторы

21 и 22 проверяют неравенства а, +

+ da 6 1 и a - да v 0 соответственно, а компаратор 23 проверяет неравенство К, 2 K Выход компаратора 23 является одновременно вторым выходом блока 10. В результате функционирования элементов 24-26 возникают следующие состояния на выходе сумматора 30, являющемся первым выходом блока 10: если выход элемента

И 26 истина и выход элемента И 25 ложь, блок 27 открывается, блок 28 остается закрытым и на выходе сумматора 30 появляется сигнал а а;если выход элемента И 26 ложь и выход бло ка элемента И 25 истина, блок 27 остается закрытым, блок 28 открывает-= ся и на выходе сумматора 30 появляется сигнал - ha если выходы зле=

18752 б ментов И 26 и 25 ложь, блоки 27 и 28 . остаются закрытыми и на выходе сумматора 30 сигнал отсутствует.

Величина коррекции поступает с первого выхода блока 10 на первый вход сумматора 15, где суммируется с величиной а, поступившей через второй вход сумматора 15 с выхода ре10 гистра 16. Откорректированное (а возможно .и прежнее) значение коэффициента сглаживания а записывается с выхода сумматора 15 в регистр 16.

Если на первом выходе блока 10 появ1Б ляется величина коррекции - 8a, с второго его выхода на второй вход счетчика 8 поступает сигнал, приводящий к уменьшению значения на счетчи- ке на единицу.

На первых шагах оценки сглаженного значения нестационарного случайного процесса задаваемые значения

1м кс, K „í Кмкдля контура адапт ции подбираются так, чтобы избежать черезмерных колебаний коэффициента сглаживания. Это необходимо поскольку на начальных шагах не набран достаточный статистический материал

30 для адаптации.

Все итерации, следующие за первой, производятся устройством аналогично первому шагу.

14!8752

Составитель И.Мухин

Техрел М.Ходанич Корректор С. ерин

Редактор И.Горная

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4156348

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4