Цифровое сглаживающее устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛЬСТВУ

Своз Советских

Социалистических

Республик

01) 608166 (б!) Дополнительное к авт. свид-ву (22) 3asa4aso 04.01. 76(21) 2307 734/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.05.78Бюллетень ЭЬ 19 (45) Дата опубликования описания 3235. гав (53) И. Кл.

G 06 F 15/34

Гасударственный комитет

Соната Министров СССР но делам изобретений н открытий

РЗ) УДК 68.1.14 (088. 8):

Л. И. Бор, А. Е. Грачем, Ю. H. Ирнегов, В. Н. Петраком, . Б. П. Турченев в Г. Ф. Шамин (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) ЦИФРОВОЕ СГЛАЖИВАЮШЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области специализированных средств вычислительной техники и может быть использовано для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известно сглаживающее устройство, содержащее интеграторы, регистры сдвига, сумматоры и блоки памяти !!).

Это устройство является сложным и требует большого объема оборудования.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является сглаживающее устройство, содержащее регистр, первый сумматор, первый вход которого подключен к первому выходу регистра, а второй — ко входу устройства, два элемента И, элемент ИЛИ, триггер знака (21. Это устройство реализует алгоритм согласно рекурентной формуле

Хсм, Х ю,-< + (J(> Хсаа -е)>

Л где Х,„, Х, — соответственно i — и

i-тое значение сглаживаемого сигнала; Х.| — текущая i-тая ордината исходного сигнала.

Обычно величина N, — выбирается равной

= - л — 2

h,t где m — некоторая постоянная.

Это устройство имеет более простую схему, однако, основным недостатком известного устройства является то, что оценка матетнческого ожидания, вычисляемая с помощью приведенного алгоритма является недостаточно эффективной, в связи с чем устройство имеет низкое быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Это достигается тем, что в устройство вво-! о дят счетчик отсчетов, второй сумматор н блок задания коэффициентов деления, причем выход первого сумматора через блок задания коэффициентов делении подключен к первому входу второго сумматора, выход которого нодключен ко входу регистра, второй выход которого под-!

З ключен ко второму входу второго сумматора и к выходу устройства, вход счетчика отсчетов подключен .ко входу устройства, а первый выход — ко входу первого дешифратора, второй выход — ко входу второго дешнфратора, первый выход первого дешифратора соединен д первым входом первого элемента И, а второй выход — с,первым входом второго элемента И, первый выход второго дешифратора соединен со вторым входом первого элемента И, а второй выход — со вторым входом второго эле2ь мента И, выходы элементов И соединены с

608!66 соответствукпцими входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним из установочных входов триггера знака, другой установочный вход которого соединен со вторым выходом второго сумматора, а выход триггера знака подключен к блоку задания коэффициентов деления.

В результате определения оценки матетического ожидания проводится но вышеприведенной формуле; но с изменяющимся числом N, в зависимости от количества накопленных ординат. Первая выборка проходит без деления. !

О

Далее с N по N2 выборки коэффициент деления устанавливается равным N = 2=2 с

N>поN3 — Мс — — 4 2,сй„полип 1 Мс =

2" и т.д. до N„,,íà÷èíàÿ с которого коэффициент N становйтся постоянным и равным

N = 2

При этом границы участков для коэффициента N, 2* выбирается равными N„= ф 2", причем число 2" как раз делит выбранный участок (от Х - Ф 2 до 1 1+ - вЂ, 2 попо-. зо лам, Рекурентиая формула для предлагаемого устройства будет

Xi i— Х.

Х сгг г Хсгг. I- +

25 где п 0 на интервале N„; —. N „ и = l, на интервале N > — . N >, и - 2, на интервале 1Чх - - . N и т.д. п = m, на интервале N, —: ж, При этом, например, максимальное смещение будет постоянное до N -ного момента и. равное

4,„ = а,.ехр

21

35 а дальше смещение асимптотически стремится к нулю.

Таким образом, алгоритмы вычисления оцен. ки матетического ожидания предлагаемого устройства обеспечивают постоянное, но значи40 тельно меньшее смещение, чем у известного устройства до момента N, а дальше смещение оценки предлагаемого устройства, также как и известного устройства стремится асимптотически к нулю.

На чертеже представлена блок-схема пред-. лагаемого цифрового сглаживающего устройства. Устройство содержит вход 1 сумматора 2, блок. задания коэффициентов деления 3 сумматора 4, регистр 5, счетчик отсчетов 6, дешифраторы 7 и 8, элементы И 9 и 10, элемент ИЛИ 11 и триггер зйака 12.

Предлагаемое устройство реализует цифровой алгоритм с переменными коэффициентами деления 2™, зависящим от количества поступив. ших на вход отсчетов входной функции, причем отсчеты входной функции разбивают на участ- 55 ки.действия каждого очередного значения 2" (параметр и. нарастает от нуля до максимального выбранного значения m). Для получения минимального смещения оценки границы участков выбираются от 2/3 2",до 4/3.2"=„ - 2"", при этом значение 2" является средним значением этого участка. При этом, если фиксировать количество поступивших отсчетов в виде параллельного двоичного кода, то границы участков будут иметь код, у которого либо so всех четных разрядах единицы, начиная с первого до п, а нечетных — нули, либо во всех нечетных разрядах от первого до и-го единицы, а в четных нули, т.е.

) — 2О

10 — 2

1 01 — 2

1010 — 2З.

II 010 l.— 2 4

1010 1 0 — 25

Таким образом, для 1 отсчета — коэффициент деления 2, для 2х отсчетов — 2 = 2; ,",ля 3-+-5 отсчетов — 2 = 4; для 6 †: 10 отсче; тов 2з = 8

Работа устройства происходит следующим образом: отсчеты входной функции Х; в виде параллельного кода поступают через вход устройства 1 на вход сумматора 2. Одновременно в счетчике отсчетов 6 фиксируется код номера отсчета (код числа «1»), т.е. единица кода в младшем разряде, что соответствует первой границе, и проходит на дешифратор 7. При этом на выходе дешифратора 7 появится сигнал, взводящий через открытый элемент И 9 и элемент 11 триггер знака .12. Этот триггер управляет блоком задания коэффициентов деления 3, который при первом отсчете пропускает код входной функции Х, с выхода сумматора 2 на вход сумматора 4 без изменения. На втором входе сумматора 4 сигнал с выхода регистра 5 при первом отсчете равен нулю. После окончания суммирования с сумматора 4 подается сигнал сброса .триггера знака 12. Сброс триггера 12 является командой для блока 3, который переводится в следующее положение.

С выхода сумматора 4 значение первого входного отсчета Х запоминается до следующего отсчета в регистре 5, который является одновременно выходным регистрой. При поступ ленин второго отсчета Х в счетчике отсчетов 6 фиксируется код числа «2», т.е, единица кода во втором разряде, что соответствует следующей границе, который проходит через дешифратор 8, открытый элемент И 10, элемент ИЛИ

ll н взводит триггер знака 12, Одновременно второй отсчет входной функции Х суммируется на сумматоре 2 с дополнительным кодом значения Х„запомненном .на регистре 5, в результате чего получается код, соответствующий алгебраической сумме Х вЂ” Х . При втором отсчете блок 3 полученный сигнал с триггера 12 после обработки первого отсчета, пропускает код значения Х вЂ” Х„на вход второго сумматора 4 со сдвигом на один разряд в сторону младших, т.е. осуществляет делеяй на 2. Полученное при этом значение сумми608166 х+х

Формула изобретения

5 руется на сумматоре 4 со значением Х;,, запомненном на регистре 5. Сумма Х, +

= Х„ является сглаженным значением двух первых отсчетов, т.е. Х„,>.

После окончания суммирования вычисленное на сумматоре 4 значение заносится в регистр 5, выдается на выход устройства и вырабатывается команда на сброс триггера знака 12.

Сброс триггера. знака 12 переводит многопозиционную электронную переключающую сxeму 3 в следующее положение.

Поэтому третий отсчет входной функции

Х1, просуммированный на сумматоре 2 со значением — Х,, подаваемым на второй вход сумматора 2 с регистра 5, проходит через блок 3 со сдвигом на 2 разряда в сторону младших, Таким образом, на первый вход второго сумматора 4 поступает значение

15

Введение новых несложных блоков выгодно отличает устройство от прототипа, так как осуществляет вычисление новой более эффективной оценки с помощью оператора экспоненциального усреднения с переменным коэффициентом деления, что дает возможность существенно уменьшить смещение этой оценки на начальном участке. Так например, для процессов с Мх (t) = ао смещение оценки в известном устройстве прн больших коэффициентах деле. ния 2" вначале имеет величину, близкую к

О, т.е. погрешность измерения близка к 100%.

В предлагаемом устройстве смещение оценки для процессов с Mx (t) = Я„для 2-х, 3-х, 4-х отсчетов равно нулю, для пяти отсчетов

7,5% для б-ти отсчетов 1% и т.д. С увеличением количества отсчетов до заданного числа 2 н далее смещение оценок становится оди. иаковым и равным E.„1 2, где N — количество поступивших отсчетов.

Пр И вЂ” 6.„— О. которое суммируется со значением Х„„ i, записанным в регистре 5. В результате с выхода сумматора 4 на регистр 5 заносится значение

После окончания суммирования на сумматоре 4 это значение сйимается с регистра 5 на выход устройства.

В счетчике отсчетов 6 при поступлении

3-го входного отсчета будет установлен код числа «3», т.е. единицы кода в 1 и 2 разрядах, которые пройдут через дешифраторы 7 и 8. При этом напряжение с обратного выхода дешифратора 7 закроет элемент И 10, а напряжение с обратного выхода дешифратора 8 закроет элемент Й 9, т.е, при наличии одновременно в четных и нечетных разрядах кода числа количества отсчетов оба элемента И 9 и 10 закрыты.

Триггер 12 не будет взведен и при 4-ом, отсчете, так как у этого кода единицы в 3-м разряде и нуль в первом разряде. Следователь но, триггер 12 будет взведен только при 5-и отсчете и сброшен после окончания суммирования в сумматоре 4, что дает команду иа перевод блока задания коэффициентов деления 3 . в новое положение, при котором она будет осуществлять деление на 2 .

Так в предлагаемом устройстве осуществляется работа по алгоритму с переменным коэффициентом деления 2" до достижения им максимального значения 2", обеспечиваются блоком задания коэффициентов деления 3. После достижения числа 2 блок 3 выдерживает этот коэффициент деления при любом количестве . отсчетов Я >2 .

Цифровое сглаживающее устройство, содержащее регистр, первый сумматор, первый вход которого подключен к первому выходу регистра, а второй — ко входу устройства, два элемента И, элемент ИЛИ, триггер знака, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в устройство введены счетчик отсчетов, второй сумматор, два дешифратора и блок задания коэффициентов деления, причем выход первого .сумматора через блок задания коэффициентов деления подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен ко входу регистра, второй выход котозэ рого подклЮчен ко второму входу второго сумматора и к выходу устройства, вход счетчика отсчетов подключен ко входу устройства, а пер- вый выход — ко входу первого дешифратора, второй выход — ко входу второго дешифраmpa, первый выход первого дешнфратора соеди40 нен с первым входом первого элемента И, а второй выход — с первым входом второго элемента И, первйй выход второго дешифратора соединен со вторым входом первого элемента И, а второй выход — со вторым входом

4 второго элемента И, выходы элементов И соединены с соответствующими входами элемен.та ИЛИ, выход которого соединен с одним из установочных входов триггера знака, другой установочный вход которого соединен со вторым выходом второго сумматора, а выход триг5î гара знака подключен к блоку задания коэффициентов деления.

Источники ннфррмации, принятые во внимаwe при экспертизе:

1. Грибаиов Ю. И. и др., Автоматические цифровые корреляторы, Энергия, М., 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 356644, кл. G 06 F7/38,,1970.

608l66

Составитель Г. Кудеыров

Техред О, Лутоаан Корректор Н. Тулина

Тираж 828 Йоднысное

Редактор P. Антонова

Заказ 2802)33

0НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но дела м изобретен ий н открытый! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., a. 4/б

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная. 4