Устройство для определения медианы случайного процесса

 

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано при обработке случайных процессов. Цель изобретения - повышение точности. Устройстводля определения медианы случайного процесса содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитга, два элемента И 3.4, генератор 5 тактовых импульсов, два счётчика 6, 7, элемент ИЛИ 8, два регистра 9, 10, блок 11 вычитания, элемент 12 задержки, накапливающий сумматор 13, блок 14 деления и преобразователь 15 код - напряжение, соединенные между собой функционально. Повышение точности достигается путем устранения неопределенности знака вычисленного значения медианы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)s G 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4860936/24 (22) 25.06.90 (46) 07.03.92. Бюл. Гч 9 (71) Московский технологический институт.

Министерства бытового обслуживания на-селения РСФСР. (72) Е.А.Хуртин (53) 681;3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 492882, кл. G 06 F 15/36, 1974.

Авторское свидетельство СССР

ЬВ 1352:502, кл. G 06 F 15/36,. 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МЕДИАНЫ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕCCA (57) Изобретение относится к специалйзи-. рованным вычислительным устройствам и. Ы,, 1718233 А1

2 может быть использовано при обработке случайных процессов. Цель изобретения— повышение точности. Устройство для определения медианы случайного процесса содержит блок 1 сравнения, тритгер 2 Шмитта, два элемента И 3,4, генератор 5 тактовых импульсов, два счетчика-6, 7; элемент ИЛИ

8, два регистра 9, 10., блок 11 вычитания, элемент 12 задержки; накапливающий сумматор 13, блок 14 деления-и. преобразователь 15 код — напряжение, соединенные между собой функционально. Повнвение точности достигается путем устранения неопределенности знака вычисленного значения медианы. 3 ил.

1718233 ключены к первым входам соответственно. 50 первого и второго элементов И. В устройство введены два регистра, элемент задержки, блок вычитания, накапливающий сумматор и блок деления. Выход тактового генератора подключен к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены к счетным входам соответственно первого и второго счетчиков, выходы переполнения которых подключены соответственно к первому и второму входам

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам и может быть использовано при обработке случайных процессов.

Известно устройство для определения медианы, содержащее блок сравнения, триггер Шмитта, пять элементов И, элемент

ИЛИ, элемент Н Е, триггер, тактовый генератор и преобразователь код — напряжение с соответствующими связями (1).

Недостатком известного устройства является невысокая точность. Это связано с тем, что знак вычисленной медианы определяется знаком разности между мгновенным значением сигнала и текущим значением медианы, что может приводить к изменению знака истинного значения медианы.

Наиболее близким к заявленному является устройство для определения медианы случайного процесса, содержащее блок сравнения, триггер Шмитта, семь элементов И, два элемента ИЛИ, два элемента НЕ, два пороговых элемента,. два реверсивных счетчика, блок элементов И, два. триггера, генератор импульсов и блок формирования временных интервалов с соответствующими связями (2).

Недостатком этого устройства также является невысокая точность, так как в нем возможно изменение знака медианы относительно истинного значения, поскольку знак вычисленной медианы определяется знаком разности между мгновенным значением случайного сигнала и текущим значением медианы, Цель изобретения — повышение точности.

Цель достигается тем, что устройство для определения медианы случайного процесса содержит триггер Шмитта, два элемента И, .два счетчика, элемент ИЛИ, тактовый генератор, преобразователь коднапряжение, блок сравнения. Первый информационный вход блока сравнения является информационным входом устройства, а второй подключен к выходу преобразователя код — напряжение. Выход блока сравнения соединен с входом триггера Шмитта; прямой и инверсный выходы которого под5

45! элемента ИЛИ. Выход элемента ИЛИ соединен с тактовыми входами первого и второго регистров и через элемент задержки с входами сброса первого и второго счетчиков и с тактовым входом накапливающего сумматора, информационный выход которого подключен к входу делимого блока деления.

Вход блока деления является входом значения "2" устройства. а выход блока деления соединен с информационным входом преобразователя код — напряжение. знаковый вход которого подключен к знаковому выходу накапливающего сумматора. m старших разрядов(2 — количество заданных уровm+1 ней квантования) первого и второго счетчиков подключенй к информационным входам соответственно первого и второго регистров. Выходы последних подключены соответственно к входам уменьшаемого и вычитаемого блока вычитания, информационный и знака=ый выходы которого подключены соответственно к информационному и знаковому входам накапливающего сумматора.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения медианы случайного процесса; на фиг. 2- — показан пример структурной схемы блока вычитания; на фиг. 3 — пример структурной схемы накапливающего сумматора.

Устройство для определения медианы случайного процесса содержит блок 1 сравнения, триггер 2 Шмитта, первый 3 и второй

4 элементы И, тактовый генератор 5, первый

6 и второй 7 счетчики, элемент ИЛИ 8, первый 9 и второй 10 регистры, блок 11 вычитания, элемент 12 задержки, накапливающий сумматор 13, блок 14 деления, преобразователь 15 код — напряжение.

Блок вычитания {фиг. 2) содержит элемент 16 сравнения, первый 17 и второй 18 коммутаторы и вычитатель 19.

Накапливающий сумматор (фиг. 3) содержит элемент 20 сравнения. первый 21 и второй 22 элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый 23, второй 24 и третиЧ1 25 коммутаторы, сумматор-вычитатель 26, О-триггер 27, регистр 28, элемент HE 29 и элемент И 30.

B качестве вычитателя и сумматора-вычи-, тателя может быть использована интегральная микросхема К 155 ИПЗ. Все остальные блоки устройства являются стандартными блоками вычислительной техники.

Первый вход блока 1 сравнения является.информационным входо ч устройства, выход блока 1 сравнения соединен с входом триггера 2 Шмитта, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента И 3, а инверсный - к первому входу второго элемента И 4. Вторые входы перво1718233

ro 3 и второго 4 элементов И подключены: k: и третьего 25 коммутаторов. Выходы коммувыходу тактового генератора 5, выход пер-. татаров 24 и 25 подключены соответственно вого элемента И соединен со счетным вй"".. к первому и второму информационным входом первого счетчика 6, m старше дам сумматора-вычитателя 26, выход которазрядов которого подключены к инфорйа -"" 5 рого соединен с информационным входом ционному входу первого регистра 9, выхо@". - регистра 28 и является информационным которого подключен к входу уменьшаейбгО выходом накапливающего сумматора 13. таИ4 и лока вычитания 11. Выход второго элемей - Знаковый вход накапливающег и ющего сумматора та соединен со счетным входом второго соединен с первым входом второго элеменсчетчика 7, m старших разрядов которого 10 та ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, с вторым вхоподключеныкинформационномувходувто-, дом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ рого регистра 10, выход которого подклЮ- . ИЛИ 21 и с вторым входом элемента И 30. чен к входу вычитаемого блока 11 Выход D-триггера 27 подключен к втором н к второму вычитания. Информационный и .знаковый входу второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ .выходы блока 11 вычитания подключены сО- 15 ИЛИ 22, выход которого соединен с первым ответственно к информационному и знако- входом управления режимом сумматора-вывому входам накапливающего сумматора . читателя 26, с управляющим входом первого

13. Информационный выход накапливаю- коммутатора 23 и с входом элемента НЕ29. щего сумматора 13 соединен с входом дели-". Выход элемента НЕ подключен к второму мого блока 14 деления, на вход делителя 20 входу управления режимом сумматора-выкоторого подано значение "2". Выход GrioKa,:- читателя 26 и к первому входу элемента. И

14 деления подключен к информационному . 30, выход которого соединен с вторым вховходу преобразователя 15 код — напряже- дом первого коммутатора 23. Выход "меньние, знаковый вход которого подключен к. ше" элемента 20 сравнения соединен с знаковому выходу накапливающего сумма- 25 управляющим входом третьего коммутатора тора 13. Выход преобразователя 15 код — . 25, выход "больше-равно".элемента20сравнапряжение, являющийся выходом устрой- нения соединен с управляющим входом втоства„подключен к второму входу блока 1 . рого 24 коммутатора и с первым входом сравнения.,Выходы переполнения первого первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

6 и второго 7счетчиковсоединены соответ-. 30 21, выход которого подключен к первому ственно с первым и вторым входами эле - информационному входу первого коммутамента ИЛИ 8; выход которого соединен с тора 23, Выход последнего явля и д лемента 12 задержки и с тактовыми знаковым выходом накапливающего суммавходами первого 9 и второго 10 регистров. тора, подключен к информационному входу

Выход элемента 12 задержки подключен к 35 D-триггера 27, тактовые входы которого и тактовому входу накапливающего суммато- регистра 28 являются тактовым входом нара 13 и к входам сброса первого и второго 7 капливающего сумматора. счетчиков. Устройство работает следующим обраВ блоке 11 вычитания (фиг. 2) вход зом, уменьшаемого и вход вычитаемого подклю- 40 В исходном состоянии все блоки обнучены соответственно к первым и вторым лены. входам элемента 16 сравнения, первого 17. Случайный сигнал X(t) подается на пери второго 18 коммутаторов, Выходы перво- вый вход блока 1 сравнения, где п роисходит го 17 и второго 18 коммутаторов соединены . его сравнение с опорным напряжением Upp, соответственно с входами уменьшаемого и 45 которое формируется преобразователем 15 вычитаемого вычитателя 19. Выход "боль- код — напряжение. Поскольку в начальный ше-равно" элемента сравнения является момент времени то напряжения на выходе знаковым выходом блока вычитания, выход - преобразователя 15 равно нулю, то X(tp) невычитателя является информационным вы- посредственно подается на вход триггера 2 ходом блока вычитания, Выход "больше- 50 Шмитта. Для определенности допустим, что равно" и выход "меньше" блока 16 X(to) имеет положительное (отрицательное) сравнения подключены соответственно к значение, тогда на прямом(инверсном) выуправляющим входам, первого 17 и второго ходе триггера 2 появляется логический сиг18 коммутаторов. нал 1, который поступает на первый вход

II !! В накапливающем сумматоре 13 (фиг. 3) 55 элемента И 3 (4). На вторые входы элементов выход регистра 28 соединен с первыми вхо- И 3 и 4 поступает сигнал с выхода тактового дами элемента 20 сравнения, второго 24 и генератора 5, период повторения которого третьего коммутаторов. Информацион- больше времени корреляции случайного вхо ами ный вход устройства соединен с вторыми . сигнала. В зависимости от знака Х(т) д элемента 20 сравнения, второго 24 ..: тактового генератора 5 поступает на счетк () сигнал

1718233 ный вход либо счетчика 6, либо счетчика 7, Каждый из счетчиков имеет n+m разрядов, причем и-определяет зону нечувствительности устройства, а m — число информационных разрядов преобразователя код.— напряжение, соответствующих максимальному значению Uon.макс. При заполнении одного из счетчиков 6 или 7 íà его выходе переполнения вырабатывается сигнал, повых входы регистров 9 и 10.. При этом информация.с m старших разрядов счетчиков 6 и 7 переписывается соответственно в регистры 9 и 10. На выходе блока 11 вычитания формируется величина,- пропорциональная разности вероятностей времени пребывания случайного процесса выше и ниже значения Uon. Сигнал с выхода блока

11 вычитания поступает на накапливающий

20 сумматор, в котором к существующему в данный момент значению прибавляется (вычитается) значение поправки, вырабатываемой блоком 11 вычитания. Код сигнала с выхода накапливающего сумматора делится на два блоком 14 деления, сигнала с выхода которого поступает на

25 информационный вход преобразователя 15 код — напряжение; устанавливая очередное значение Uon Величина Uon соответс гвую30 щая значению медианы, устанавливается тогда, когда значения кодов с выходов счетчиков 6 и 7 одинаковы, т.е. когда вероятность превышения сигналом X(t) значения

Uon совпадает с вероятностью того, что X(t) меньше Uon. Таким образом, устройство реализует алгоритм поиска медианы методом половинного деления., Величина задержки

35 элемента 12 выбирается достаточной для осуществления записи информации в регистры 9 и 10 и осуществления процесса вычи40 тания в блоке 11. Сигнал с выхода элемента

12 задержки тактирует накапливающий сумматор 13 и сбрасывает в нулевое состояние счетчики 6 и 7, подготавливая устройство к процессу обработки очередной выборки.

Блок вычитания (фиг. 2) работает следующим образом;

Сигналы уменьшаемого А и вычитаемого В подаются соответственно на первые и

50 вторые входы элемента 16 сравнения и коммутаторов 17 и 181 Если А > В, на входы уменьшаемого и вычитаемого вычитателя 19 поступают соответственно значения А и В, В случае А< В на входы уменьшаемого и 55 вычитаемого поступают соответственно В и

А. Следовательно, на выходе вычитателя 19 формируется информационное значение А—

В, а на выходе "больше-равно",элемента 16 сравнения — знак разности. ступающий через элемент ИЛИ. 8 на такто-. 10

Накапливающий сумматор (фиг. 3) работает следующим образом:

К приходу очередного тактового импульса на выходе регистра 28 и триггера 27 присутствует модуль и знак накопленного числа А. Модуль числа В поступает на вторые входы элемента 20 сравнения и коммутаторов 24 и 25, Знак числа В подается на первый вход элемента И 30 и второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.22. Накапливающий сумматор реализует операцию алгебраического накопления. Рассмотрим работу накапливающего сумматора при различных соотношениях между модулями и значениями величин А и В: Пусть А и .В одного знака. В этом случае на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 будет ну-. левой сигнал и.сумматор-вычитатель 26 переводится в режим. арифметического сложения, а коммутатор 23 подключает к выходу свой второй вход,. на который поступает сигнал с выхода элемента И 30. На первый вход элемента И 30 подается единичный сигнал с выхода элемента НЕ 29, следовательно, выходной сигнал элемента И 30 повторяет сигнал знака числа В.

Пусть А> О и В <0.Тогда на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22 присутствует единичный сигнал, который подключен к знаковому выходу сумматора, т.е. к выходу. коммутатора 23, а сумматор-вычитатель 26 переводится в режим вычитания. При I Al > I B I через коммутаторы 24 и 25 к выходам уменьшаемого и вычитаемого соответственно подключены значения А и В. На выходе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 будет единичный сигнал, соответствующий знаку числа А. При! А1 < IB I сумматор-вычитатель осуществляет операцию!В .- А1,а на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

21 будет сигнал, соответствующий знаку числа В.

Пусть А < 0 и В > О. Сумматор-вычитатель также работает в режиме вычитания. Если!AI

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, а следовательно, и на знаковом выходе накапливающего сумматора будет единичный сигнал, соответствующий знаку числа В. При А > В на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

21 присутствует нулевой сигнал,,соответствующий знаку числа А.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом показало явные недостатки прототипа.

Эти недостатки следующие: знак вычисленной медианы определяется в определенный момент времени знаком разности между значением случайного процесса в

: 17.18233 этот момент времени и вычисленным значе- с я тем, что, с целью повышения точности, нием медианы, Это приводит к тому, .что - . в него введены первый и второй регистры, существуют такие моменты, когда знак ме-.:. - элемент задержки, блок вычитания,. накапдианы, вычисленный устройством; не совпа-...-: . ливающий сумматор и блок деления, причем дает с истинным знаком медиана; что ведет:: 5 выход генератора тактовых импульсов соек сбою работы устройства, что снижает его: динен с вторыми входами первого и второнадежность. го элементов И, выход первого элемента И

Применение предлагаемого техниче- соединен со счетным входом первого счетского решения позволяет устранить сбои в " чика, выходы m старших разрядов котора. работе устройства и, следовательно, повы- 1Î го(2 +" — количество заданныхуравнений сить надежность работы, поскольку знак вы-:: квантования) соединены соответственно с численной медианы не зависит от- .: информационными входами первого регимгновенных значений случайного сигнала и: . стра, выход второго элемента И соединен определяется результатом статистической;:со счетным входом второго счетчика, выхообработки случайного сигнала. 15 ды m старших разрядов которого соединеОтсутствие сбоев в работе повышает - . ны соответственно с информационными точность работы устройства и достовер- .. входами второго регистра, тактовый вход ность информации на его выходе, Повышен-: которого соединен с тактовым входом перная по сравнению с базовым объектом:: вого регистра, входом элемента задержки и достоверность позволяет при использова-:2О выходом элемента ИЛИ, первый и второй нии устройства, например, для контроля ап-:; . входы которого соединены соответственно паратуры снизить число ошибок, что, в —,. с выходами переполнения первого и второконечном итоге, ведет к снижению стоимо- . го счетчиков, входы установки в ноль котости выпускаемой аппаратуры. рйх соединены с тактовым входом

25.: накапливающего сумматора и с выходом

Ф о р м ул а и з о б ре те н и я ....элементазадержки, выходпервогорегистра соединен с входом уменьшаемого блока выУстройство для определения медианы читания, вход вычитаемого которого соедислучайного процесса, содержащее триггер: нен с выходом второго . регистра, Шмитта, первый и второй элементы И, 30 информационный выход блока вычитания первый и второй счетчики, элемент ИЛИ, .: соединен с информационным входом нагенератор тактовйх импульсов, преобра-, .капливающего сумматора, знаковый вход зователь код — напряжение, выход которо-.; которого соединен со знаковым выходом го является выходом устройства, и блок . блока вычитания, информационный выход сравнения, первый информационный 35 накапливающегосумматорасоединенсвховход которого является .информацион- -дом делимого блока деления, входделителя ным входом устройства, второй информа-; которого является входом задания значения ционный вход соединен с выходом .."2" устройства, выходблокаделениясоедипреобразователя код — напряжение, а вы- нен с информационным входом преобразоход — с входом триггера Шмитта, прямой и 40: вателя код — напряжение, знаковый вход инверснмй выходы которого соединены с которого соединен со знаковым выходом первыми входами первого и второго элемен-: накапливающего сумматора, тов И соответственно. о т л и ч а ю щ е е1718233

Составитель Е.Хуртин

Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

Редактор Т.Юрчикова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 883 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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