Устройство для определения характеристик случайного процесса

 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может применяться при определении статистических характеристик случайных величин в тех случаях в:огда процессы описываются определенным классом распределений, причем конкретный вид распределений в пределах этого класса,заранее неизвестен н может меняться во времени. Цель изобретения - повышение достоверности результатов при оценке параметров . Устройство содержит блоки 1 и 31 определения второго по величине значения, блоки 4, 13, 40 и 44 вычитания , переключстели 7, 29, 30, 34, 35, 39 J iiB,, регистры 8, 33, 36, элементы задержки 11, 32, 42, ключи 37,, 38, логарифматоры 28, 45, генераторы импульсов 6, 41, элементы ИЗ, 12, усредняющие фильтры 2, 9, блок 15 извлечения корняJ делители кода 14, 16j 27 квадратор 5, умножитель 26 и счетчик 10. 2 ил. а 9

СОЮЗ СОВЕТСНИХ социалистических

РеспуБлик

Al (5g 4 С 06 F f5/36

ГОсудАРстбенный комитет

ПО ИЗОЕРЕТЕНИЯМ И О КРЬГИНМ пРи гкнт сссР (21) 3949967/24-24 (22) 28.08.85 (46) 23.01.89, Бюл, Ф 3 (72) В.А.Поляков и Р,f .Толпарев (53) 681.3(088.,8) (56) Авторское свидетельство СССР

ff 962978, кл. С 06 F 15)36, 1982.

Авторское свидетельство СССР

1170465, кл. 0 06 F 15/36, 1984, Авторское свидетельство СССР

У 1236504, кл. С 06 F 15/36, 1984. (54) УСТРОЙСТВО Д И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может применяться при определении статистических характеристик случайных величин в тех слу„ЯЦ„„1453415 чаях, когда процессы описываются определенным классом распределений, причем конкретный вид распределений в пределах этого класса заранее неизвестен и может меняться во времени. Цель изобретения — повышение достоверности резуль-атов при оценке параметров. Устройство содержит блоки 1 и 31 определения второго по величине значения, блоки 4, :3, 4-0 и 44 вычитания. переключ т ::ли ?, 29, 30, 34, 35, 39, - 3„ регистры 8„ 33, 36, элеме тьi задержки 1 i, 32, - 2, ключи 37, 38, логарифматоры 28, 45, генераторы импульсов 6., 41, элементы И 3, 12, усредняыпие фильтры 2, 9, блок 15 из- д

Ф влечения корня, делители када 4, 1 6, 27. квадратор 5, умножитель 26 и счет--и;к 10. 2 г-л.

1453415

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может найти применение при определении статистических характеристик случайных величин в тех слу5 чаях, когда процессы описываются определенным классом распределений, причем конкретный вид распределений в пределах этого класса заранее неиэ- 10 вестен и может меняться во времени

1 в частности, это характерно для случая, когда распределение генеральной совокупности несколько изменяет свои параметры и форму при определенных изменениях режимов технологических операций.

Цель изобретения - повышение достоверности результатов. 20

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для определения характеристик случайного процесса; на фиг.2 - структурная схема блока определения второго по величине значения. 25

Устройство для определения характеристик случайного процесса содержит (фиг.1) первый блок 1 определения второго по величине значения„ первый усредняющий фильтр 2, первый

30 элемент И 3, первый блок 4 вычитания, квадратор 5, первый генератор 6 импульсов, первый переключатель 7, первый регистр 8, второй усредняющий фильтр 9, счетчик 10, первый элемент

11 задержки, второй элемент И 12„ второй блок 13 вычитания, первый делитель 14 кода, блок 15 извлечения корня, второй делитель 16 кода, регистр 17 буферной памяти (фиг.2) гев,щ нератор 18 импульсов,, переключатели

19, регистр 20, первый коммутатор 21, счетчик 22 импульсов, схему 23 сравнения, второй коммутатор 24, ключ 25, умножитель 26 (фиг.1), третий делитель 27 кода, первый логарифматор 28, 45 второй переключатель 29, третий переключатель 30, второй блок 31 определения второго по величине значения, второй элемент 32 задержки, второй регистр 33, четвертый переключатель

34, пятый переключатель 35, третий регистр 36, второй ключ 37, первый ключ 38, седьмой переключатель 39„ четвертый блок 40 вычитания, второй генератор 41 импульсов, третий элемент 42 задержки, шестой переключатель 43, третий блок 44 вычитания, второй логарифматор 45. — 1

I (2) определяется дисперсия вторых по величине значений

<<< < (Уг (., х )г (3)

< 1 определяется оценка

0 577215

U Х - г-я- —--ii « д

9 и< (4) определяется оценка

1 282549

al ;с)

<«Q

Э

< одновременно исходная выборка N раз-. бивается íà m< групп по и, + 1 членов (N = m,(n, + 1) = шг(пг + 1); пт(и,, в каждой из щг выборок определяются вторые по величине значения х (= 1 m ), над х выполняются

1 операции в соответствии с (2)-(4), в результате чего определяются оцен«г, " < "Р д л"" я л л л л

+

1nn — 1nn

Л л < л г параметры о<.„,, U«,, выводятся из

Для описания правых "хвостов" неизвестных функций распределения F(x) всего класса распределений экспоненциального типа используется общее выражение

F (х) = 1 — -- ехр(-у) (1) и

f

all

C где у =- — -<,- 1 -- (х — У „, ) — приве<- Б, денное значение аргумента; о «< — экстремальная функция интенсивности, определяемая из

ОПЫтнЫХ даннЫХ

Б „, — характеристическое наибольшее значение, определяемое из опытных данных л

= (с,Б,п) — параметр, характеризующий быстроту уменьшения аппроксимируемого распределения, n

Для определения оценок параметров

А о „,, Ц„<, < из опытных данных m, раз производится выборка объемом n, + 1 членов (общий объем N = m (n, + 1) членов), в каждой из п1< выборок определяются вторые по величине значения х, (j = 1,m„), определяется среднее вторых по величине значений

1453415 устройства для использования в аппроксимирующем выражении (1).

Устройство работает следующим образом.

Независимые значения выборки поступают (фиг.1) на объединенные входы первого блока 1 и второго блока 31 определения второго по величине значения.

Это соответствует (фиг.2) поступлению выборки на вход регистра 17 буферной памяти. Послецний после за-, полнения вьдает сигнал в генератор

18 импульсов, который по этому сигналу вьдает на тактовый вхоц регистра 20 пачку и". и + 1 импульсов.

Под воздействием тактовых импульсов значения выборки иэ регистра 17 буферной памяти последовательно поступают через информационный вход в регистр 20. Таким образом, в регистре

20 образуется неупорядоченная выбор3HB eHHÉ Z X . ° ., X X „, ° Э

Значения выборки одновременно с записью в регистре 20 через.информационные выходы разрядов этого регистра устанавливаются на соответствующих им входах первого коммутатора 21 и переключателей 19, а значение предпоследнего и-го разряда этого регистра устанавливается и на входе ключа

25. Генератор.18 импульсов, закончив вьдачу пачки на и + 1 тактовых импульсов, по своему второму выходу выдает пачку из 2г. — 1 синхроимпульсов, поступающих на синхровходы первого коммутатора 21, второго коммутатора

24 и на вход счетчика 22 импульсов.

Под действием последовательности синхроимпульссв и в такт с ними начинается процедура ранжирования выборки, основанная на алгоритме попарной перестановки. При просмотре каждое значение выборки х, сравнивается с соседчим значением х . Пара значений

1+1 выборки, для которых справедливо неравенство х; > х;„,, меняю я местами.

Таким образом, член выборки, имеющий наибольшее значение, уже при первом цикле просмотра займет крайнее место в ранжированном ряду.

При втором цикле просмотра предпоследнее место в ранжированном ряду займет член выборки, имеющий второе, после максимальногс, значение по величине.

Метод попарной перестановки реализован в блоке 1 определения второго по величине значения следующим образом. Первый коммутатор 21 в такт с синхрсимпульсами производит последовательное подсоединение информационных выходов каждой соседней пары разрядов регистра 20 к двум входам схемы 23 сравнения. В результате сравнения каждой пары соседних членов вы10 борки схема 23 сравнения вьщает значение "-1" при х; х,, и "1" при х,) х, +, °

Работая синхронно с первым коммутатором 2 второй коммутатор 24 пос15 ледовательно соединяет выход схемы

23 сравнения с входом того переключателя 19, который своими другими двумя входами, а также двумя выходами соединен соответственно с информа2р циснными выходами и информационными входами каждого иэ пары разрядов регистр 20, содержимое которых акализирова <ось схемой 23 сравнения. Переключатель 19 соединяет подключенные к нему информационные выходы сравни25 ваемой пары соседних разрядов к своим выходам таким образом, чтобы при

"-1" на входе второго коммутатора 24 соцержимс= - ""..""::,,авн-;:.аемых разрядов регистра,". осталось неизменным, а при

"+1 — поменялось местами путем переписывания из одного разряда в другой.

Зате : пегеключатель 19 возвращается в нейтральное положение.

В кснце первого цикла просмотра, на который будет потрачено п синхроимпульсов из общего их числа 2n — 1, завершится однократное пспарное сравнение и перестановка всех членов иьг40 борки, содержащихся в регистре 20.

При этом член выборки с наибольшим значением будет размещен в последнем (и+1) -м разряде регистра 20.

Под действием оставшихся п — 1

45 синхрсимпульсов аналогично первому пройдет второй цикл просмотра, в результате которого член выборки, имеющий второе после максимального зна.чение по величине, будет размещен в

50 предпоследнем и-м разряде регистра 20.

В этот же момент счетчик 22 импульсов, закончив счет пачки иэ 2п — i синхроимпульсов, вьдает импульс, которым по управляющим входам возвращает первый коммутатор 21 и второй комму55 татор 24 в исходное состояние, сам сбрасывается в исходное состояние и по управляюшему входу отпирает ключ

25, обеспечивая поступление второго

5 . 145341 .по величине значения выборки на выход ключа 25, который одновременно является выходом второго по величине значения блока определения второго по величине значения.

Кроме того, импульс с выхода счетчика .22 импульсов поступает на отдельный выход, который является выходом числа циклов измерения блока определения второго по величине значения.

Появление импульса на этом выходе означает, что полностью закончен цикл определения второго по величине зна, чения в данной выборке, а само это значение вьдано из блока по соответ, ;ствующему выходу.

Таким образом (фиг.1), в результате анализа каждой иэ m выборок в блоке 1 определения второго по вели-. чине значения и m выборок в анало2 гичном втором блоке 31 на их выходах второго по величине значения будут выдаваться соответственно х, и х ,и на выходах числа циклов измеренйя синхронно будут появляться импульсы.

Значения х, с соответствующего : выхода блока 1 последовательно поступают на информационный вход первого. регистра 8 и через второй переключа" тель 29 на вход первого усредняющего фильтра 2, обеспечивающего вычисление х, в соответствии с (2). Первый регистр 8 благоДаря поступлению на его тактовый вход через первый пере35 ключатель 7 импульсов с второго выхода блока 1 производит последовательную запись поступающих в него через информационный вход значений х, ° Одновременно импульсы с выхода чйсла циклов измерений блока 1 поступают на вход счетчика 10.

Сосчитав m импульсов, что овна" чает, что на выходе первого усредняю-.щего фильтра 2 появилось рассчитанное значение х, а в первом регистре 8

1 последовательно записаны все значения х,, счетчик 10 вьдает импульс, У который поступает на вход сброса счетчика 10, на управляющий вход первого переключателя 7, на вход второго элемента 32 задержки, на вход запуска первого генератора 6 импульсов и через четвертый переключатель 34 на соответствующие .входы первого элемента 11 задержки, первого элемента И 3 и на собственный управляйиций вход четвертого переключателя

34, заставляя его переключиться.

5 6 в

По этому сигналу первый генератор

6 импульсов вьдает пачку иэ m< импульсов, которые через переключившийся первый переключатель 7 поступят на тактовый вход первого регистра 8, считывая из него записанные значения х . Эти значения через трезв тий переключатель 30 последовательно поступают на один из входов первого блока 4 вычитания, на другой вход которого через открытый первый элемент И 3 с выхода первого усредняющего фильтра 2 подается значение х

Одновременно это же значение с выхода первого элемента ИЗ поступает на один иэ входов второго блока 13 вычитания.

В первом блоке 4 вычитания выполняется операция х - х результат

9 которой, пройдя квадратор 5 и бУдУчи возведенным в квадрат„ поступает на вход второго усредняющего фильтра 9.

В последнем определяется G в соответствии с (3) ° Импульс с выхода счетчика 10, задержанный первым элементом 11 задержки на время, необходимое для формирования на выходе второго усредняющего фильтра 9 значения открывает второй элемент И 12.

Значение 5, через второй элемент

И 12 поступает в блок 15 извлечения корня, откуда(7 попадает в первый делитель 14 кода, где вычисляется оценка oC,д, в соответствии с (5).

С выхода первого делителя 14 кол да eC„ поступает во второй делитель

16 кода, в умножитель 26 и в открытый первый ключ 38. Выход первого ключа 38 является выходом оценки па= раметра сс„, устройства.

Во втором делителе 16 кода опрел деляется величина 0,577215/ м„,, которая поступает на второй вход второго блоха 13 вычитания, где вычисляется л оценка Бщ в соответствии с (4). C выхода второго блька 13 вычитания

U» поступает на второй вход умножн- . теля 26 и в открытый второй ключ 37, выход которого являетсн вью:одом оценки параметра U>, устройства.

В умножителе 26 определяется прол изведение .<„, U „,, значение которого через седьмой переключатель 39 поступает на первый вход третьего блока 44 вычитания.

Значения х с соответствующего выхода второго блока 31 определения второго по величине значения после7 14534 довательно поступают на объединенные информационные входы второго регистра

33 и третьего регистра 36, где и записываются благодаря поступлению на тактовые входы этих регистров через

5 соответственно пятый переключатель

35 и шестой переключатель 43 импульсов с выхода числа циклов измерений второго блока 31.

Импульс с выхода счетчика 10, задержанный вторым элементом 32 задержки на время, необходимое для опредеh ления и вьдачи оценок <«, U„, -, поступает на вход запуска второго генератора 4 1 импульсов и на управляющие входы ключей 37 и 38 и ряда переключателей, обеспечивая тем самым запирание ключей 37 и 38 и переключение переключателей 29, 30, 35, 39 и 43. 20

Кроме того, через переключившийся ранее четвертый переключатель 34 этот импульс поступает на вход первого элемента 11 задержки и на один из

Ф входов первого элемента И 3. ° 25

По сигналу этого импульса второй генератор 41 импульсов вьдает пачку из ш импульсов, которая поступает на вход третьего элемента 42 задержки и через переключающийся пятый пере- З0 ключатель 35 на тактовый вход второго регистра 33, считывая записанные там значения к „ . Эти значения через переключившийся второй переключатель

29 последовательно поступают на вход первого усредняющего фильтра 2. Пач35 ка из zzz импульсов, задержанная третьим элементом 42 задержки на время, необходимое для формирования в первом удредняющем фильтре 2 величины х через переключившийся шестой переключатель 43 поступает на тактовый вход третьего регистра 36, считывая записанные там значения х . Эти значения через переключившийся третий переклю-

45 чатель 30 поступают на второй вход первого блока 4 вычитания.

На основе указанных значений и сигналов блоки 2, 3, 4, 5, 9, 11, 12

13, 14, 15, 16 и 26 точно так же, как л 50 описано выше, формируют оценки oc„, л л

U> и произведение „ Б„ . Однако на информационные выходы устройства и параметры Ы „ и U не поступают, так как второй ключ 37 z» первый ключ 38 л л 55 заперты. Значение о „ -11„ через переключившийся седьмой переключатель

39 поступает на второй вход третьего блока 44 вычитания, где формируется

15 8 л Г. л л разность в „° ощ — sL„, U Значение этой разности поступает на один из входов третьего делителя 27 кода.

По заданным значениям п и и< первый логарифматор 28 и второй логарифматор 45 определяют 1п п и 1п п, значения которых поступают на соответствующие входы четвертого блока 40 вычитания, где определяется разность

1п п — 1n и . Значение этой разности поступает на второй вход третьего делителя 27 кода где в соответствии и с (6) определяется оценка . Выход третьего делителя 27 кода является выходом оценки параметра с устройства.

С выходов устройства значения параметров ь „, 1,, с,, соответствующие конкретному на данный отрезок времени виду функции распределения, поступают на входы других технических устройств для использования в аппроксимирующем выраЖении. Затем процесс повторяется.

Формула изобретения

Устройство лля определения характеристик случайно"o процесса, содержащее четыре блока вычитания, семь переключателей, три регистра, три элемента задержки, два ключа, два логарифматора, два генератора импульсов, два элемента И, два усредняющих фильтра, блок извлечения корня, три делителя кода, квадратор, умножитель и счетчик, счетный вход которого соединен с первым информационным входом первого переключателя, выход счетчика соединен с управляющим входом первого переключателя, с входом сброса счетчика и входом запуска первого генератора импульсов, выход которого подключен к второму информационному входу первого переключателя, выход которого соединен с тактовым входом первого регистра, первый информационный вход второго переключателя соединен с выходом второго регистра, а выход через первый усредняющий фильтр подключен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен с входом вычитаемого первого и входом уменьшаемого второго блоков вычитания, выход первого блока вычитания через последовательно соединенные квадратор и второй усредняющий фильтр подключен к первому входу второго

9 14534 элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента задержки, а выход второго элемента И через последовательно соединенные

5 блок извлечения корня и первый делитель кода соединен с входом второгс делителя кода, первым входом умножителя и информационным входом первого ключа, выход которого является выходом оценки параметра функции интенсивности устройства, второй вход ум" сожителя подключен к выходу второго рлока вычитания и информационному ходу второго ключа, выход которого. является выходом характеристической функции оценки параметра устройства, выход второго делителя кода соединен ф входом вычитаемого второго блока

ычитания, выход третьего регистра оединен с первым информационным вхоом третьего переключателя, второй информационный вход которого соединен выходом первого регистра, а выход

r одключен к выходу уменьшаемого пер- 25 ого блока вычитания, при этом выход четчика соединен с первым информацинным входом четвертого переключателя епосредственно и через второй элеент задержки — с управляющими вхо- ЗО ами второго, третьего, пятого, шес,ого и седьмого переключателей, пер"вого и второго ключей и с вторым информационным входом четвертого переключателя, с входом запуска второго

35 генератора импульсов, выход которогс и од ключ е н к перв ому информационному в .оду пятого переключателя непосредственно и через третий элемент saдержки — к первому информационному взводу шестого переключателя, вЫход которого соединен с тактовым входом третьего регистра, а второй информацнонный вход объединен с вторым инI фОрмационным входом пятого переклю-:. чателя, выход которого подключен к тактовому входу второго регистра, вы", ход четвертого переключателя соединен

15 1О со своим управляющим входом, с входом первого элемента задержки и с вторым входом первого элемента И, выход умножителя соединен с информационным входом седьмого переключателя, информационные выходы которого подключены соответственно к входам уменьшаемого и вычитаемого третьего блока вычитания, выход которого соединен с первым информационным входом третьего делителя кодов, выход кото-. рого является выходом оценки параметра скорости уменьшения аппроксимируемого распределения устройства, второй информационный вход третьего делителя коцов соецинен с выходом четвертого блока вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которого соединены соответственно с выходами первого и второго логарифматоров, вход первого логарифматора является входом задания первой постоянной величины устройства, вход второго логарифматора является входом задания второй постоянной величины устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности результатов, в него введены два блока определения второго по величине значечия, входы которых объединены и являются входом исследуемого случайного процесса устройства,, причем выход числа циклов измерения первого блока опре— деления второго по вели =ине значения соединен со счетным входом счетчика, а выход второго по величине значения подключен к информационному входу первого регистра и второму инфор-:.ационному входу второго переключателя выход числа циклов измерения второго блока определения. второгс по величине значения соединен с вторым информационным входом пятого переключателя, а выход второго по величине значения соединен с информационными входами второго и третьего peaHeò:ров. 1453415

Составитель Е.Хуртин

Техред Л. Олийнык - Корректор С. Шекмар

Редактор Н.Тупица

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

Заказ 7286/46 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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