Устройство для определения характеристик случайных процессов

 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения квантилей случайных процессов (СП)о Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности анализа нестационарных случайных процессов. Устройство содержит т-сдвиговый регистр объемом N+1 разряд, группу блоков формирования порядковых статистик , группу блоков шинных формирователей , группу блоков интерполяции , блок сравнения кодов, синхрогенераторо Блок формирования порядковой статистики содержит регистр, два компаратора, коммутатор кодов, два элемента И, три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два элемента ИЛИ„ . В т-сдвиговый регистр заносится N га-разрядных отсчетов измерений СП в порядке их поступления на вход устройства, а в регистрах находятся значения порядковых статистик этой совокупности измерений. Величины кодов , записанных в регистры, поступающие на выходы устройства с известными номерами, являются квантилями СП. На других выходах устройства находятся квантили, значении которых не определяются как точные значения порядковых статистик, а вычисляются путем интерполяции. При поступлении очередного отсчета СП (Х) устройством за три такта работы синхрогенератора определяются значения квантилей дпя нового интервала анализа При этом наиболее раннее измерение (Х) исключается из анализа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. § (Л (ib 4 4 ОС 1C 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (я) 4 С 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4251895/24-24 (22) 23.04 ° 87 (46) 15.12.88. Бюл, N 46 (72) В.И. Макаренко (53) 687,3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 744606, кл. G 06 F 15/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 1043665, кл. G 06 F 15/36, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения квантилей случайных процессов (СП). Цель изобретения " повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности анализа нестационарных случайных процессов.

Устройство содержит m-сдвиговый регистр объемом N+1 разряд, группу блоков формирования порядковых статистик, группу блоков шинных формирователей, группу блоков интерполяции, блок сравнения кодов, синхро„„SU„„1444823 А 1 генератор. Блок формирования порядковой статистики содержит регистр, два компаратора, коммутатор кодов, два элемента И, три элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два элемента ИЛИ. . В m-сдвиговый регистр заносится

М ш-разрядных отсчетов измерений СП в порядке их поступления на вход устройства, а в регистрах находятся значения порядковых статистик этой совокупности измерений. Величины кодов, записанных в регистры, поступаюшие на выходы устройства с известными номерами, являются квантилями СП.

На других выходах устройства находятся квантили, значения которых не onе ределяются как точные значения порядковых статистик, а вычисляются путем интерполяции. При поступлении очередного отсчета СП (Х ) устройством за три такта работы синхрогенератора определяются значения квантилей для нового интервала анализа. При этом наиболее раннее измерение (Х ) ис- „р ключается из анализа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил о

4ь

1444823

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может найти применение при определении статистических характе5 ристик случайных величин, а именно для определения квантилей при произ; вольном неизвестном распределении случайных величин.

Целью изобретения является повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности анализа нестационарного случайного процесса.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — структурная схема блока формирования порядковой статистики.

Устройство содержит m-сдвиговый 1 регистр, вход 2 которого является 20 информационным входом устройства, группу блоков 3 формирования порядковых статистик, первые и вторые ин" формационные входы которых соединены соответственно с выходами первых 25 и (N+1)-х разрядов m-сдвигового регистра 1 и с первым и вторым входами блока 4 сравнения кодов, группу шинных формирователей 5, входы которых соединены с информационными выхода- 30 ми блоков 3 группы, а выходы являются первой группой информационных выходов 6 устройства, группу блоков 7 интерполяции, выходы которых являются,второй группой информационных выходов 8 устройства, блок 9 генератора синхроимпульсов, первый выход которого соединен с управляющим входом

m-сдвигового регистра 1. Информационный выход первого блока 3 соединен 40 с третьим информационным входом вто-

1 рого блока 3 формирования порядковой статистики, информационный выход i-го блока 3 (i = 2, N-1) соединен с третьим информационным входом (i+1)-го 45

;- лоха 3 и с четвертым информационным входом (i" 1)-ro блока 3, информационный выход последнего И-го блока 3 соединен с четвертым информационным входом (N-1)-го блока 3. Первые уп50 равляющие входы блоков формирьвания порядковых статистик группы соединены с выходом блока 4 сравнения кодов, вторые управляющие входы блоков 3 соединены с .третьим управляющим входом первого блока 3 и подключены к второму выходу блока 9 генератора синхроимпульсов, Выход неравнозначности первого блока 3 соединен с третьим тактовым входом второгo блока 3, выход неравнозначности i-ro блока 3 (i = 2, N-1) соединен с четвертым тактовым входом (i-1)-ro блока 3 и с третьим тактовым входом (i+1)-го блока 3, выход неравнозначности N-ro блока 3 соединен с четвер" тым тактовым входом (N-1)-ro блока 3, четвертый тактовый вход N-го блока 3 соединен с объединенными тактовыми входами блоков 5 и подключен к третьему выходу блока 9 генератора синхроимпульсов.

Блок 3 формирования порядковой статистики содержит первыи 10 и второй 11 цифровые кожтараторы, первые входы которых являются соответственно первым и вторым информационными входами блока, а вторые входы объединены и соединены с выходом регистра 12, являющимся информационным ьыходом блока, первый 13, второй 14 и третий 15 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ. ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом неравнозначности первого цифрового компаратора 10, являющимся тактовым выходом блока, первый 16 и второй 17 элементы И, первые входы которых являются соответственно первым и вторым тактовыми входами блока, первый 18 и второй 19 элементы ИЛИ.

Второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 соединен с выходом "Неравнозначность" второго 11 цифрового компаратора 11, а его выход соединен с первым входом первого элемента

KIH 18. Выход "Равнозначность второго 11 цифрового компаратора 11 соединен с вторым входом первого элемента И 16, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.

Выход первого элемента ИЛИ 18 соединен с вторым входом второго элемента И 17, выход которого соединен с входом записи регистра 12. Выходы второго 14 и третьего 15 элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента .ИЛИ 19, а их вторые входы являются соответственно третьям и четвертым тактовыми входами блока. Первый разряд адресного входа коммутатора 20 кодов соединен с первым входом первого элемента И 16, а его второй разряд соединен с выходом второго элемента ИЛИ 19.

Устройство реализует следующий алгоритм определения квантилей.

3 14448

В m-сдвиговом регистре объемом

И+1 разряд записаны N разрядных отсчетов измерений случайного процесса Х; в порядке поступления их

5 на вход 2 устройства, т.е. число, записанное в N-х разрядах т-сдвигового регистра 1 (Х ) соответствует отсчету (измерению) случайного процесса в начале интервала анализа 10 (самое старое измерение), а число, записанное в первых разрядах m-сдвигового регистра 1, соответствует измерению в конце интервала анализа (последнее текущее измерение), Коли- 15 чество разрядов И регистра 1 определяет величину интервала анализа, или размер выборки исследуемого случайного процесса.

В регистрах 12 блоков 3 записаны 20 коды порядковых статистик Х, чисел, хранящихся в m-сдвиговом регистре 1. (Здесь и далее отсчеты выборки случайного процесса обозначаются Х

1 где i — номер разряда m-сдвигового регистра 1, а члены ранжированного ряда значений Х вЂ” порядковые статиI,! стики Х, где i — номер члена ранжированного ряда).

Известно, что порядковые статис- З0 тики обладают таким свойством, что номер члена порядковой статистики позволяет заранее, не зная конкретного значения этого члена и вида функции распределения случайной величины Г(х.1, достаточно точно оценить соответствующую ему величину

"!

F(X ) = P по выражению

1 1 л

F (x. ) = P. = i/N+1. 40

Таким образом, номера блоков 3 и величины кодов в регистрах 12 этих блоков обеспечивают всей необходимой информацией для формирования кван45 тилей.

Заранее определив номера блоков 3, регистрируя величины кодов в регистрах 12 этих блоков, получаем значения величины квантиля Р как содержи1 50 мое регистра 12 (i+1)-ro блока 3.

Если искомый квантиль не определяется как точное значение регистра 12 блока 3, то более точное значение можно найти путем интерполяции зна" чений двух ближайших соседних кван55 тилей: большего и меньшего заданного.

Если на вход устройства поступает очередной отсчет случайного про23 цесса, то это соответствует тому, что интервал анализа сместился на один отсчет вправо и имеет место новая выборка случайного процесса, отличающаяся от старой заменой значения Х> на новое значение Х„.

В предлагаемом устройстве старое значение Х переходит в (N+1)-й разряд m-сдвигового регистра 1, т.е. старое X> = Х„, исключается из анализа и вносится новое Х1 °

Для получения ранжированного ряда этой новой выборки необходимо номера порядковых статистик старой выборки, значения которых лежат в интервале (Х,, Х ц+,, увеличить на единицу при

Х „„ > Х, или уменьшить на единицу пРи Х1 1 Х + . а на освободитипес гя место ранжированного ряда занести значение Х1 ° Остальные члены ранжированного ряда остаются на своих местах.

В предлагаемом устройстве изменение номеров порядковых статистик модифицируемой части ранжированного ряда производится путем одновременной перезаписи значений порядковых статистик, записанных в регистрах 12 блоков, в соседние блоки 3, т.е. осуществляя сдвиг значений порядковых статистик влево или вправо. Определив освободившиеся места в ранжированном ряде, в него записывается значение Х,. Используя логику связей элементов блоков 3, эти операции в устройстве происходят эа один такт.

С приходом нового отсчета описанные операции повторяются, обеспечивая таким образом непрерывное измерение характеристик случайного процесса на скользящем интервале измерений.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии в m-сдвиговом регистре 1 записаны коды произвольно выбранных N ш-разрядных чисел, а в регистрах 12 блоков 3 - порядковые статистики этих чисел, в част- ности, это могут быть нули. Перед началом работы содержимое п1-сдвигового регистра t и регистров 12 блоков 13 обнуляется (на фиг. 1 и 2 цепи обнуления не показаны).

Устройство работает в три такта.

Во время первого такта синхроимпульс с первого выхода блока 3 генератора синхроимпульсов поступает на управляющий вход m-сдвигового регист5 144 ра 1. Все отсчеты сдвигаются на одну позицию вправо. Старое значение Х окажется в (N+1)-õ разрядах, а в первые разряды запишется первый отсчет случайного процесса.

После первого такта работы усто ройства на первые и вторые информационные входы блоков 3, являющиеся первыми входами первого 10 и второго 11 цифровых компараторов,. поступают коды чисел Х1и X1l+, . Коды этих же чисел поступают также на блок 4 сравнения кодов, на выходе которого формируется логическая единица при

X +, ) Х и нулевой уровень при

Х, Х„„ .

В блоках 3 величины Х< и XH+1 поступающие на первые входы цифровых компараторов 10 и 11, сравниваются с величинами порядковых статистик, хранящихся в регистрах t2 этих блоков, Если их значения удовлетворяют условию Х, Х ° (Х „или Х„„,(Х. с . X;, то на выходах "Неравнозначность" цифровых компараторов 10 и 11 формируются противоположные логичес" кие уровни и, следовательно, на выходах первого элемента ИСКЛ(ОЧА10ЩЕЕ

ИЛИ 13 такого блока 3 появляется логическая единица. Дпя остальных бло" ков 3 на выходе этого элемента будет нуль.

Во время второго такта с второго выхода блока 9 генератора синхроимпульсов поступает синхроимпульс на вторые тактовые входы блоков 3. При этом для всех блоков 3, у которых на выходе первого элемента ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 установлена единица, с выхода второго элемента И 17 поступает логическая единица, разрешающая запись информации с выхода коммутатора 20 кодов в регистр 12, Для случая Х „„ > Х1 это же разрешение запиби в регистр 12 появляется также в блоке 3, для которого значения Х и Х 1,„ совпадают, так как в этом блоке 3 на выходе "Равнозначность" второго цифрового компаратора 11 (второй вход второго элемента И 17) и в цепи первого разряда адресного входа коммутатора 20 кодов (первый вход второго элемента И 17) будут единицы.

Вид цепи, подключаемой коммутато« ром 20 кодов к информационному входу записи регистра 12 блока 3, определяется значением кода íà его адрес4823 6

10 (Х;, ), а при кодах "10" и "11" подключаются первые разряды m-сдвигового регистра 1.

15 Значение первого разряда адресного кода формируется блоком 4 сравнения кодов и определяется знаком разности величин.

При Х ы+, 7 Х< на выходе блока 4

20 сравнения кодов устанавливается единица, в противном случае нуль. Значение кода второго разряда определяется уровнем выхода второго элемента

ИЛИ 19, являющегося логической сум2 мой уровней выхода второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и .15, Наличие единицы на выходе вто

40 а5 ном входе. Входные цепи к коммутатору 20 кодов подключены таким образом, что при адресном коде "00" он соединяет с информационным входом записи регистра 12 i-го блока 3 информационный выход (i+1)-го блока 3 (Х,+, ) . Адресный код "01" вызывает подключение к информационному входу записи регистра 12 i-ro блока 3 информационный выход (i-1)-го блока 3 рого элемента ИЛИ 19 в одном из блоков 3 свидетельствует о том, что он первый, в котором изменился знак разности Х вЂ” Х (выход первого циф(1 рового компаратора 10) . Всего может быть два блока 3, в KQTopblK это наблюдается, так как фиксируется смена знака при просмотре ряда значений слева направо и справа налево, но учитывая, что разрешающий упровень записи на управляющих входах регистров t2 блоков 3 появляется при выполнении условий описанных вышее, код Х„ запишется в регистр 12 только одного блока 3. После перезаписи в регист" ры 12 блоков 3 новых значений кодов заканчивается второй такт работы устройства. Ранжированжпл ряд новой вы орки сформирован.

Присоединение третьего тактового входа первого блока 3 к второму, а четвертого тактового входа И-ro блока 3 к третьему выходам блока 9 генератора синхроимпульсов обеспечивает во время второго такта работы устройства наличие на них соответственно единицы и нуля, что позволяет правильно заносить новое значение

Х, в ранжированный ряд, если новое значение Х является наименьшим или наибольшим для новой выборки.

44823

7 14

При поступлении синхроимпульса с третьего выхода блока 9 генератора синхроимпульсов на тактовые входы блоков 5 на выходах этих блоков формируются порядковые статистики выборки исследуемого случайного процесса.

Искомые значения квантилей считываются либо непосредственно с выходов 6 с известными номерами, либо после интерполирования блоками ? c выходов 8.

С поступлением на вход 2 m-сдвигового регистра 1 нового отсчета случайного процесса, синхронизированного с работой блока 9 генератора синхроимпульсов, цикл формирования порядковых статистик для новой совокупности значений отсчетов, описанный выше, повторяется. После поступления N отсчетов в блоках 3 формируются порядковые статистики, составленные только из отсчетов измеряемого случайного процесса. На выходе устройства находятся квантили случайного процесса для интервала от 1 до N отсчетов. После поступления (11+1)-ro отсчета на выходе устройства находятся квантили для интервала от 2 до И+1 отсчетов, т,е. устройство измеряет квантили, двигаясь по реализации случайного процесса

"скользящим окном".

Для определения квантилей случайного процесса при поступлении очередного отсчета устройству необхо димо проделать три операции на интервале в N отсчетов, в то время как для построения квантилей прототипу необходимо в среднем N /4 + N операций, т.е. предлагаемое устройство обладает значительно большим быстродействием. Равное число операций при обработке поступления очередного отсчета позволяет легко реализовать режим измерения в реальном масштабе времени. Непрерывное измерение характеристик случайного процесса "скользящим окном" дает возможность измерения характеристик нестационарных процессов, что существенно расширяет функциональные возможности устройства по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. Устройство для определения характеристик случайных процессов, содержащее сдвиговый регистр, тактовый вход которого подключен .к первому выходу генератора синхроимпульсов, группу шинных формирователей, выходы которых являются первой группой информационных выходов устройства, группу блоков интерполяции, первый и второй информационные входы каждого i-ro блока интерполяции (i = 1, N-i) соединены соответственно с выходами i-ro и {i+I)-го шинных формирователей, выходы блоков интерполяции являются соответственно второй группой инАормационных выходов устройства, инАормационный вход сдвигового регистра является информационным входом устройства, блок сравнения кодов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности анализа нестационарных случайных процессов, в него введена группа блоков формирования порядковых статистик, первые и вторые информационные входи которых соединены с выходами первого и (N+1)-го разрядов сдвигового регистра, подключенными соответственно к первому и второму входам блока сравнения кодов, информационные выходы блоков формирования порядковых статистик группы соединены соответственно с входами шинных формирователей, информационный выход первого блока формирования порядковой статистики соединены с третьим информационным входом второго блока формирования порядковой статистики, информационный выход i-го

40 блока формирования порядковой статистики (i = 2, N-1) соединен с четвертым инАормационным входом (1. 1)-го блока формирования порядковой статистики и третьим информационным входом

45 (i+1)-ro блока формирования порядковой статистики, информационный выход последнего N-го блока формирования порядковой статистики соединен с информационным входом (N-1)-го блока формирования порядковой статистики, первые тактовые входы блоков формирования порядковых статистик объединены и соединены с выходами блока сравнения кодов, вторые тактовые вхо55 ды всех блоков Аормирования порядковых статистик и третий тактовый вход первого блока формирования порядковой статистики объединены и подключены к второму выходу генератора

1444823

10 синхроимпульсов, выход неравнозначности первого блока формирования порядковой статистики соединен с третьим тактовым входом второго блока формирования порядковой статистики, выход неравнозначности i-го блока формирования порядковой статистики (i = 3, N-1) соединен с четвертым тактовым входом (i-1)-го блока формирования порядковой статистики и с третьим тактовым входом (i+1)-ro блока формирования порядковой статистики, выход неравнозначности N-ro блока формирования порядковой статистики соединен с четвертым тактовым входом (N-1)-го блока формирования порядковой статистики, четвертый тактовый вход N-го блока формирования порядковой статистики объединен с тактовыми входами шинных формирователей и подключен к третьему выходу генератора синхроимпульсов.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования порядковой статистики содержит два цифровых компаратора, три элемента ИСКЛ10ЧА101ЦЕЕ ИЛИ, два элемента И, два элемента ИЛИ, регистр, коммутатор кодов, причем первые входы первого и второго цифровых компараторов являются соответственно первым и вторым информационными входами блока, вторые информационные входы которых соединены с выходом регистра, являющегося информационным выходом блока, выходы неравенства первого и второго цифровых компараторов соединены с первым и вторым входами первого элемента ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, первый информационный вход коммутатора кодов соединен с первым входом первого цифрового компаратора, второй и третий информационные входы коммутатора являются соответственно третьим и четвертым информационными входами блока, первый разряд адресного входа коммутатора кодов, являющийся первым тактовым входом блока, соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вы1б ходом "Равнозначность" второго цифрового компаратора, второй разряд адресного входа коммутатора кодов соединен с выходом второго элемента

ИЛИ, выход коммутатора кодов соеди20 нен с информационным входом регистра, вход управления записью которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход второго элемента И является вторым тактовым входом бло25 ка, второй вход первого элемента И соединен с выходом первого элемента

ИЛИ, второй вход первого элемента

ИЛИ соединен с выходом первого элемента И, вьмод первого цифрового ком30 паратора соединен с первыми входами второго и третьего элементов HCKJIIOЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, вторые входы второго

35 и третьего элементов ИСКЛЮЧА10ЩЕЕ ИЛИ являются соответственно третьим и четвертым управляющими входами блока, выход первого цифрового компаратора является тактовым выходом блока.

1444823

)(1 -/ Х4+ /

Составитель Л. Григорьян-Чтец

Техред м.дидык Корректор Н. Король

Редактор М. Циткина

Заказ 6509/51 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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