Устройство для определения одномерных начальных моментов м- го порядка случайного процесса
О П И С А Н И Е п1) 590755
ИЗОБРЕТЕН И Я
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.12.75 (21) 2194921/18-24 с присоединением заявки № (51) М. Кл 2 G 06F 15/36
ГосУдаРственнмй комитет (23) Приоритет
Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.323(088.8) (43) Опубликовано 30,01.78. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 07,02.78 (72) Авторы изобретения
М. М. Бабогло, Б. С. Демченко, С. К. Турченкова и А. Б. Шадрин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ
НАЧАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ М-ГО ПОРЯДКА
СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА
Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для вычисления в цифровой форме одномерных начальных моментов М-го порядка случайного процесса аппаратурой с ограниченной разрядностью узлов и блоков.
Устройство может найти широкое применение при решении задач измерений моментных функций стационарных случайных процессов, описывающих поведение как различных параметров сложных объектов (судостроение, медицина, энергетика, металлургия и т. д.), так и промежуточных и выходных характеристик средств измерения различных моментных и функциональных характеристик (т. е. оценка моментов предыдущих ансамблей оценок). Решение перечисленных задач получило широкое распространение в последнее время в связи с возрастанием требований к качеству анализа случайных процессов в реальном времени.
Решение задачи измерения моментов, как правило, решается с применением промежуточного запоминания (на магнитной ленте) и последующей обработки с помощью ЭВМ. Это удорожало эксперименты, увеличивало время измерений и приводило к их низкой точности, т. к. возникала масса грубых ошибок и промахов.
Известны измерители 1-ых и 2-ых моментов случайных процессов, состоящие из последовательно соединенных входного устройства, функционального преооразователя (масштабирующий олок или квадратор), усреднителя и регистратора (1). г едостатком таких устройств является низкое быстродействие и высокие требования к характеристикам таких узлов, как функциональный преобразователь, усреднитель, регистратор, известен измеритель одномерных началь10 ных моментов М-го порядка случайного процесса (2J, содержащий М вЂ” 1 последовательно соединенных функциональных преобразователя, вход первого из которых является входом устройства, первый сумматор, первый
15 вход которого соединен с выходом блока памяти, выход которого подключен к выходу первого сумматора, аналого-цифровой преобразователь, счетчик — сумматор, генератор пилообразного напряжения, блок сравнения.
20 Недостатком этого устройства является низкое быстродействие и высокие требования к характеристикам функционального преобразователя, аналого-цифрового преобразователя и разрядности реверсивного счетчика, что затрудняет возможность его применения при параллельном измерении текущих оценок одномерных начальных моментов М-ro порядка случайного процесса, т. к. практически необходимо использование М подобных устройств.
30 Высокие требования к важным узлам данно590755 го устройства также ограничивают порядок измеряемых моментов и осложняют анализ реализаций в реальном времени.
Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия при заданной точности параллельнопоследовательного измерения текущих оценок одномерных начальных моментов m-ro порядка случайного процесса.
Эта цель достигается тем, что в описываемое устройство дополнительно введены генератор случайных чисел, второй сумматор и два олока деления, входы первого из которых подключены соответственно к выходам блока памяти, второго сумматора, функциональных преобразователей и ко входу устройства, а выход первого блока деления соединен со вторым входом первого сумматора, входы второго блока деления соединены соответственно со входом устройства, выходами функциональных преобразователей, выходами блока памяти и генератора случайных чисел, выход второго блока деления подключен ко входу второго сумматора, выход которого соединен со вторыми входами функциональных преобразователей.
На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из последовательно соединенных (т — 1) функциональных преобразователей 1. Вход первого функционального преобразователя соединен с источником исследуемого процесса. Выходы функциональных преобразователей 1 и источник исследуемого процесса параллельно соединены с входами первого и второго блоков деления 2 и 3.
Выход первого блока деления 2 соединен с входом второго сумматора 4, выход которого параллельно соединен с вторыми входами функциональных преобразователей 1 и второй блок деления 3, выход которого соединен со входом сумматора 5, который по выходу и входу соединен с блоком памяти 6. Выход блока памяти 6 параллельно соединен с входами первого и второго блоков деления 2 и 3. Выход генератора случайных чисел 7 соединен с входом первого блока деления 2.
Устройство работает по одинаковым циклам длительностью mAT<. Рассмотрим работу на примере k-го цикла с момента t+kmATp, когда на вход устройства поступает k-ая ордината Xk gX(t).
Функциональные преобразователи 1 последовательно друг за другом с интервалом АТО формируют последовательность из (т — 1) -го произведения (xjj вида
Х 1 а — » Уг
Х =Х 1У 1
Хпг — Параллельно с функциональными преобразователями 1 вспомогательный сумматор 4 и первый блок деления 2 формируют последовательность грубых сомножителей уь ..... у > и последовательность вспомогательных величин вида 8» 1,1+ Z> — 0»-1,1 » — 1,2 + <4 — »-1,2 (2) 10 H» — I,J + а1: ®» — 1, j ®»,м+Zsпг — » — I,m г 15 а сумматор 5, блок памяти 6 и второй блок деления 3 определяют последовательность k-ых m оценок одномерных начальных моментов (О»;) вида е,,, = е.11+и- (х, — е,,,) Е,,, = Е.-..+ ж- (х,— Е,,,) (3) 20 6» l,l— : » I,I+ Zg вида (2) разрядностью р, которая поступает во второй блок деления 3, на выходе которого формируется вспомогательная величина N — О» <, ь которая поступает в сумматор 5. Код х» = xl поступает через второй блок деления 3 в виде величины N — 1 х1 в сумматор 5, где формируется разность Ж вЂ” (Хг+Ж вЂ” 6» 1,1) вида (3). Величина разности N — (Х, — 6» 1,1) 65 в сумматоре 5 суммируется с кодом предыдуI 1 »,m — » — l,m + г 1Хт 1-1» — 1, пг) При этом генератор случайных чисел 7 фор25 мирует последовательность из (2m — 1) -ых СЛуЧайНЫХ ОрдИНат ZI, ..., Z2m, НЕЧЕТНЫЕ ИЗ которых поступают на формирование грубых сомножителей уь ..., у ь а четные — на формирование вспомогательных величин 0 » г, ь ..., 30 ..., 8 »-1, т, вида (2). Для этого за интервал КТО ордината xl — — x» с входа устройства поступает в первый функциональный преобразователь 11 и первый блок деления. С выхода генератора случайных чисел 7 вызывается ордината zI на вход первого блока деления 2. Во вспомогательном сумматоре 4 формируется грубый сомножитель у1 в виде кода трех старших разрядов суммы zl + xl. Функциональный преобразо40 ватель 11 умножает р-разрядный код хг,— — хг на 3-х разрядный код — грубый сомножитель уь Вспомогательный сумматор 4 сбрасывается. С выхода генератора случайных чисел 7 через первый блок деления 2 поступает орди45 ната z2 разрядностью р. С блока памяти 6 через первый блок деления 2 поступает предыдущая оценка О» ь < разрядностью p+ Ap, Лр, = 3 — 4 разряда. Во вспомогательном сумматоре 4 формиру50 ется сумма 590755 15 щей оценки 0 t,t, поступающей с блока памяти 6, При этом в сумматоре 5 формируется новая k-ая оценка первого момента О,ь вида (3). Полученная оценка 0>,ь в виде р+Лрразрядного кода поступает с сумматора 5 в блок памяти 6 в его первый регистр памяти. Первый функциональный преобразователь 1 параллельно определяет (р, + 3) -разрядное произведение х,=х, у вида (1). Аналогично описанному выше определению О,р и х за первый интервал КТО происходит определение оценки О д разрядностью @+3+ Лц вида (3) и второго произведения хз разрядностью p+6 за следующий второй интервал КТО. Таким образом в каждом, например, /г-ом цикле длительностью mAT< в предлагаемом устройстве определяются m текущих оценок (8>, Д по однородным алгоритмам вида (3). Из описания видно, что грубые сомножители уь ....., у < ввиидда а ((11)), поступающие на одни из входов функциональных преобразователей 1, имеют постоянную разрядность 3. Произведения х, ....., х имеют соответственно, разрядность 1+3, 1+6,..., (u,+3{ò — 1)). Текущие оценки О,ь ....., 0 имеют разрядность 1» + Л1,..., (и + 3 (и — 1) + ЛР,). Вспомогательные величины Ой — 1,1> ° «s ®k-lt вида (2) имеют разрядность р,..., (u. + 3 (m — 1)). Нечетные случайные ординаты Z» ° ° ° Z2т — 1 имеют разрядность Р— 3 Р . ° ° p + 3 (П вЂ” 1). Четные случайные ординаты » 4> > 2я имеют разрядность I» (,» + 3),... ft + 3 (. п — 1)). Равенство разрядности грубых сомножителей у;, позволяет обеспечить в предложенном устройстве равенство времени умножений в функциональных преобразователях, т. е. повысить быстродействие; сократить разрядность формируемых в них произведений х;, вида (1), а значит сократить разрядность регистров блока памяти 6, сумматора 5, второ20 50 го блока деления 3, вспомогательного сумматора 4 и первого блока деления 2, т. е. упростить реализацию устройства. Сохранение точности измерений оценок моментов в описываемом устройстве достигнуто благодаря добавлению «цифрового шума» через первый блок деления 2 во вспомогательный сумматор 3 при формировании грубых сомножителей у; a!:äà (1) ti вспомогательных величин f 11-1,1з 1 > ° ° ° q 1> ° ° ю 83 — 1 ° л вида (2) с помощью генератора случайных чисел 7 (при грубом делении). После N циклов, аналогичных k-ому циклу, с выхода блока 6 на выход устройства начинают считываться вычисленные m оценок одномерных начальных моментов случайного процесса. Формула изобретения Устройство для определения одномерных начальных моментов М-го порядка случайного процесса, содержащее и — 1 последовательно соединенных функциональных преобразователя, вход первого из которых является входом устройства, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом блока памяти, выход которого подключен к выходу первого сумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при заданной точности, в устройство дополнительно введены генератор случайных чисел, второй сумматор и два блока деления, входы первого из которых подключены соответственно к выходам блока памяти второго сумматора, функциональных преобразователей и ко входу устройства, а выход первого блока деления соединен со вторым входом первого сумматора, входы второго блока деления соединены соответственно со входом устройства, выходами функциональных преобразователей, выходами блока памяти и генератора случайных чисел, выход второго блока деления подключен ко входу второго сумматора, выход которого соединен со вторыми входами функциональных преобразователей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М., «Энергия», 1972, с. 223 — 225. 2. Авторское свидетельство СССР Мо 227709, кл. G 06F 15/36, 1968. 590755 в„, у„ Составитель В. Жовтинский Редактор P. Киселева Техред А. Камышникова Корректоры: Т. Добровольская и О. Тюрина Подписное Заказ 1134/18 Изд. Мв 174 Тираж 818 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, О
