Устройство для контроля параметров случайного сигнала

 

Союз Советскнх

Соцнапнстнческнк

Респубпнк

О П И С А-Н-И „3732889

ИЗОБРЕТЕН ЫЯ к лвтоескомь сеидетельст (61) Дополнительное к авт. свкд-ву (51)М. Кл.

G 06 Р 15/36 (22) Заявлено lO. 10.77 (21) 2533221/i с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 05.05.80. Бюллетень

Дата опубликования описания 05.0

Гоеударстееииый комитет

СССР оо делам иэебретеиий и открытий (53) уд К 681

° 323 (088. 8) Ю, К. Сруогис и В, Ю. Черняускас (72) Авторы изобретения

Институт математики и кибернетики АН Литовской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться при проектировании устройств для статистической обработки экспериментальной дан ных. .Известно устройство для определения свойств случайного сигнала путем обнаружения наиболее вероятного момента времени изменения корреляционных свойств случайного сигнала на выходе систем типа колебательного контура и описываемого корреляционной функцией а(.Н.с1- (с.

k(t,s)-0e. совш(ь- ь1,— Ми (t )j.

Устройство содержит аналого-цифровой преоб15 раэователь, регистр сдвига, выход предпоследней ячейки регистра сдвига соединен с входом первой ячейки и через квадратор, первый сумматор и первый блок умножения .соединен с первым ьходом второго сум20 матора, второй вход которого через второй блок умножения, третий сумматор, второй квадратор и четвертый сумматор соединен с выходом предпоследней и третьей от конца ячеек регистра сдвига, третий ьход второго сумматора через третий блок умножения, пятый сумматор. третий квадратор и шестой сумматор соединен с выходами трех последних ячеек регистра сдвига, четвертый вход второго сумматора соединен с выходом блока вычисления логарифма произведений определителей, вход которого соединен с выходом блока управления, другие выходы которого соединеныс регистрами сдвига и памяти и ьходами первого, третьего и пятого сумматоров, а выход второго сумматора соединен с входом регистра памяти, выходы которого соединены с соответствующими входами блока вычисления максимума. (1) .

В устройстве выделение максимальной величины на выходе общего сумматора реализовано весьма сложно, Для этого используется регистр памяти и . блок выделения максимума. Величины с выхода общего сумматора последовательно поступают в регистр памяти и пос;ле

3 732889 4 анде иэ блока yn- Ilenb изобретения — повышение быстподаются в блок род ействия. определяющий но- Цель достигается тем, что в устройамяти, выходной стве выход третьего сумматора соединен аксимальным. Йля с первым иходом блока сравнения, вто5 ой точности опре- рой вход блока сравнения соединен с выойств случайного ходом первого блока памяти, выход блока и отрезок сигнала сравнения подключен ко второму входу

ыть достаточно длин- первого блока памяти и к первому входу ра памяти только Оключа,,второй вход которого соединен с выход" ины „ал„ „РУР дом второго блока памяти, второй вход кото, Поэтому техни- рого подключен к четвертому выходу бло. еления максималь- ка управления, а выход ключа соединен де общего сумм - со вторым входами третьего блока памяя этих величин в 15 тре памяти с после- На чертеже приведена блок-схема опилок выделения яв- сываемого устройства.

его наполнения по ком равления параллельно выделения максимума, мер ячейки регистра п сигнал которой был м обеспечения необходим деления изменения св сигнала анализируемы практически должен б ным. Длина же регист . на две ячейки меньше щего отрезка сигнала ческое решение опред ной величины на выхо ,фора путем накоплени весьма длинном регис дующей передачей в б ляется дорогостоящим.

Известно также устройство, содержащее аналого-цифровойпреобраэователь,входкото10 рого является входом устройства, а выход подключен ко входу регистра сдвига, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами трех накапливающих сумматоров, третий выход блока управления подключен к управляющим входам трех блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен со входом блока вычисления логарифма произведения определителей, (+1)-й ячейки регистра сдвига соединен с первым входом первого сумма тора, выход а -й ячейки регистра сдвига соединены со вторым входом первого сумматора, с первым входом второго сумматора, со входом первого квадратора и со входом регистра сдвига, выход (И -1)-, ячейки регистра сдвига подключен к третьему входу первого сумматора и ко 4 второму входу второго сумматора, выходы первого и-второго сумматоров подключены соответственно ко входам второго и третьего квадратора, выходы квадраторов соединены с информациОнными вхо 4 дами соответственно первого, второго и третьего накапливающих сумматоров, выходы которых через соответствующие масштабньв блоки подключены к соответ ствуишйм входам третьего сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом блока вычисления логарифма произведения определителей вход блока выI числения логарифма произведения. определителей подключен к четвертому вы ходу .блока управления j2) .

Недостаток устройства - недостаточное быстродействие надежного определения момента изменения свойств процесса, Преобразователь 1 аналог-код предназначен для преобразования непрерывного входного сигнала Х(Ы в дискретный сигнал X (1 = 1,2...) как по вре-. мени, так и по амплитуде. Регистр 2 сдвига служит для приема, хранения и циклического сдвига отрезка случайного сигнала, для которого ищется момент времени изменения его корреляционных характеристик, Он состоит из и+1 запоминающих ячеек cl с 2 ...сМ,1+1, таким образом, в нем помещается и+1 дискретных значений сигнала х1(1 = 1,2...).

В регистр сигнал поступает из преобразователя аналог-код и по команде из блока управления может передвигаться слева направо. Регистр имеет три выхода, один выход является выходом последней ячейки регистра 4g+4 и с него снимается сигнал Х„1, второй — выходом предпоследней ячейки О 1 и с него фнимается сигнал Х1, третий выход — выход ячейки

Cl 1 „C H CH M c H H X,1+

Выходные сигналы рядом стоящих ячеек отличаются во времени на шаг квантования И . Для работы регистра в циклическом режиме выход ячейки dg сое- . динен с входом ячейки 01 ° Вычитающий сумматор 3 имеет два входа: один его вход подключен к выходу ячейки

4ц регистра 2, а второй — к.выходу ячейки ц . Ha выходе сумматора получается разница входных сигналов Х„+„-АСумматор 4: предназначен для суммирования трех входных величин с различными весовыми коэффициентами. Его входы подключены к выходам ячеек с „, Ctp

0 1 регистра 2. Входные сигналы Х1. ." 1 1 и Х„1, которые снимаются с ячеек с и О „соответственно, суммируется с весом единица, входной сигнал

7328

45

Х, снимаемый с выхода ячейки g с весом два. Таким образом, на выходе сумматора получается велячина А„+ —

- + Х„ < . .Квадраторы 5-7 служат для возведейия в квадрат входных величин.

Следовательно, на выходе квадратора

5 получается величина Х, на выходе квадратора 6 — величина (Х„+„— Х )>

2 а на выходе квадратора 7. - величина (X, +„-2Х +Х„.+ ) Блок 8 управляет рабсл той всего устройства. Накапливающие сумматора -11 суммируют последовательно во времени поступающие дискрет ные значения. Таким образом, на выходе сумматора 9 появляется сумма 5 = Сх, 15 .=Ж на выходе сумматора 10 - сумма 6 д—

= g (х„. „-х„), а на выходе сумматора 11сумма 5. = (х „-2х- х„ „) Масштабные блоки 12-14 предназначены для умноже20 ния входных величин на константьь Блок

12 умножает на константу А, блок 13— на константу В, блок 14 — на константу

С, Константы А, В, С вычиспяются заранее по следующим формулам

25 а„

4А D 4д.р„ 2, . 2

Ш, (kg 00g-kg

2k„t)„p, Й 4tA„D„p„b .1

Щ Р ФР 46-„„ЄВ

ГДе Й,,, - 1- IIBPBMBTPbI коРРелЯционной 35 функцйи до момента изменения свойств случайного сигнала, ; сС2, 4U2, D2 - те же параметры после момента изменения свойств случайного сигнала. 40

Блок 15 вычислении логарифма произведения. определителей предназначен для вычисления функции где ф („ С ) ., — определитель матрицы

Ч

g.(+. -,z ) ×, элементы которой представляют собой значения корреляционной функ50 ции К(1;С)до момента изменения свойств сл чайного сигнала при определитель матt,=t,„I(=4.ë ) c= Ã <3=1-.(P; (4 (, 6„) (f

Рицы 1(H „< ) < элементы которой, пред ставляют собой значения корреляционной функции k (t., Ñ) после момента измене89 б ния свойств случайного сигнала при =

= b =с +, ) = (j=gH-"<) Общий сумматор

16 предназначен для суммирования-выходных сигналов блоков 12-1 5. Блок сравнения 17 предназначен для сравнения выходной величины P($) общего сумматора 16 с предыдущей величиной Р (Ч,-4), которая хранится в блоке памяти 18. Если выходная величина общего сумматора Р (cP больше или равна величине P(cjw) т.е если P(g) >-(5(q-3) то на выходе блока сравнения будет величина P(g) . Если же (Я, ) меньше Ь(-1), т.е. p(g)(p(q-q) то на выходе блока 17 будет нуль. В блоке памяти 18 запоминается последняя максимальная величина fb (с ), т.е. ненулевой выходной сигнал блока 17. В блоке 19,памяти запоминается величина сдвига регистра 2, т.:е. величина (, Ключ 20 предназначен для передачи содержания блока 19 памяти в блок 21 памяти, если на второй ахоп вентиля пос тупил стролирующий сигнал иэ блока 17, Таким образом, содержание блока 21 па; мяти фиксирует то значенир (р,.-ф1...фь- ),. при котором величина P (Q"t на выходе общего сумматора 16 была максимальной из величин p(q,),...tI,(с ).Номер g указывает, что наиболее вероятное изменение свойств случайного сигнала произошло при значении этого сигнала, хранящегося в ячейке dq регистра 2.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал Х (), для которого устройство должно указать момент Времени, рогда меняются его корреляционные свойства, подается на аход преобразователя аналог-код. Дискретный сиг нал Х (d =1,2...) с выхода преобразователя поступает на вход регистра сдвига 2. Дальнейшую работу устройства рассмотрим с того момента времени, когда регистр 2 заполнен значениями случайного сигнала Х.(1 =1, 2). Пусть в .регистре находятся следующие значения сигнала Х Ю: Х,Х2... Х „:, . Они располо- жены в регистре таким образом:Х находится в ячейке с,+,k2- в ячейке O Х3ЯчейкеЯ 4H T. II., HBKOHBII 1И+4 ке с . По команде из блока 8 управления содержимое регистра 2 сдвигается на одну ячейку вправо. Величина сдвига от иэодного состояния обозначена буквой С, в данном случае 4,=4. При этом. происходит считывание ячеек Он<, Он, с1 +А, Таким образом, во время сдвига сигнал Xj величиной Аq"- %g пос732889 тупает на входы блоков 3-5, а также занимает ячейки Q< ис „ регистра 2. CurHGJI W л BBBH иной X + = Õ ïîñòóïàåò входы блока 3,4 и занимает ячейку с g> т.е. прежнее место Х1=Х2, Сигнал Xz =

= X .(. поступает на вход блока 4. На олин вход общего сумматора 1 6 пр иходит величина

Ax Z (она формируется в блоках 5, 9, 2

12), на второй вход — величина B<(g>-g>) (она формируется в блоках 3, 6, 10, 13) lo .на третий вход-величина С (X$-2 Х + 3q) (она формируется в блоках 4,7, 11 и 14), На иходы блоков 15 и 19 из блока.управ; ления подается величина сдвига С -4, кс . торая занимается в блоке памяти 19.

Блок 15 вычисляет значение g(Q) при (" 1». которое поступает на четвертый вход общего сумматора 16. Следовательно, на выходе общего сумматора 16 по.лучим значение выражения (Q) при . (= (, т.е. (Ъ ф . Величина Pj(q) поступает в бпок 17 и сравнивается с исходной величиной блока памяти 18, которая равняется нулю. В зависимости от зна25 чения Р(1» возможны два случая. Если Ь (1) > О, то величина Р (1) проходит на выход блока 17 и.запоминается в блоке 18..Одновременно P ® поступает на стробирующий вход вентиля 20 и со 0 держание блока 19 (единица) через ключ

20 передается в блок памяти 21. Если (1)=0, то на выходе блока сравньния 17 будет нуль и блоки 18, 20, 21 останутся в прежнем состоянии. После всех упомянутых вйчислений из блока

55 управления 8 в регистр 2 подается вто рой импульс сдвига и содержаниерегист4 ра сдвигается еще на оды » ячейку . От исходного стояния OHO будет сдвинуто 4 на С 2. На вход квадратора 5 поступает величина Х5 на входы блока 3 величины Х и Х,1, а на входы сумматора 4 - величины Х2, Ъ, Х4 . Вычисцения повторяются Необходимо отметить» 45 что на входы блоков умножения 12-14 теперь приходят суммы 9q» 5< и 5 соответственно, так как сумматоры 9, 10 накапливающие. На входы блоков 15 и

19 поступает величина Я =2. Она запо50 минается в блоке 19. На выходе блока

15 будет Ъ" (2). На .выходе общего сумматора 16 получим значение f5 (2).

Величина (.> И) в блоке 17 сравнивается с величиной, хранящейся в памяти 18, Если P(2) > P (1), то P(2) проходит

55 на выход блока 17 и запоминается в блоке памяти 18, В этом случае (2) также стрсбирует ключ 20 и значение блока памяти 19 передается в блок памяти 21, Если (2) P О),, то на выходе блока сравнения будет нуль и содержания блоков памяти 18 и 21 не меняются. Таким образом; если Ц21Ъ PO)» значение Р (И фиксируется в памяти

18, а аргумент Я, 2, при котором (b(2) был максимальным, т.е. Ч 2, запоми-. нается в блоке памяти 21. В общем случае после сдвига регистра 2 на ячейки в блоке памяти 19 фиксируется значение

Ц, » а на вход блока сравнения 17 поступает величина р (с ) . Если p(q,) меньше величины, хранящейся в блоке 18, то содержания блоков памяти 18 и 21 оста« ются прежними. Если же (» () будет :, больше величины, которая хранится в блоке 18, то фпраходит на выход 17 и запоминается в блоке 18. Одновременно Ь4() стробирует ключ 20 и значение и из блока 19 передается в память 21.

После сдвига регистра 2 на величину

+ = Yl -1 в блоке памяти 18 будет зйачение которое было максимальным из всех значений р (Ц,) (Я,=1 ° -. И-1). Аргумент же q, при котором P (q) был максимальным, зафиксирован в памяти 21.

Момент времени, соответствующий максимальному значению (Ъ(С)) и является наиболее вероятным значением момента времени изменения корреляционных свойств случайного сигнала на временном отрезке Ф= И» 2 И .... (!1 +1) И ° После вычисления значений (() для отрезка сигнала х, х2» х ...., х +1 по команде из блока управления гасятся сумматоры 9, 10, 11 блоки памяти 18, 19 и 21, а регистр 2 устанавливается в исl ходное положение для следующего цикла вычисления: в ячейке 4ll+q помещается величина Ô2, в ячейке g n-величина Ф и т.д.» наконец в ячейке С14 помещается новая ор дина«. та Х <+2случайного сигнала Х(Ц) . Для это„ го гасится ячейка с регистра сдвига, а его содержимое сдвигается вправо на две ячейки. Из преобразователя 1 в освободившуюся ячейку Ц регистра сдвига поступает новое значение сигнала Х .щ.

Дальше повторяются все вычисления для нового отрезка сигнала W(t Х2, Х- ... 3 . После этих вычислений и

»».»2 определенйя максимума для вьппеуказанного отрезка сигнала, содержимое регистра 2 изменяется на Х3» Х, » H+ . Çàòåì вычисления повторяются.

Таким образом, из преобразователя налог-код в регистр 2 все время поступают новые значения сигнала Х.И;1» а

732889 устройство проверяет, есть ли изменение характеристик Устройство должно работать с такой скоростью, чтобы все вычисления для хранящегося отрезка сигнала

R(t) в регистре 2 завершались до поступления нового значения X,g из преобразователя. В этом случае устройство работает .в натуральном масштабе времени»

Формула изобретения

Устройство для контроля параметров случайного сигнала, содержащее ключ, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, а выход подключен ко ьходу регистра сдвига, управляющий ьход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющими входами трех накапливающих сумматоров, третий выход блока управления. подключен к управляющим входам трех блоков памяти, четвертый выход блока управления соединен со

25 входом блока вычисления. логарифма произведения определителей, выход (0+1)-й ячейки регистра — сдвига соединен с первым ьходом первого сумматора, выход

4 -й ячейки регистра сдвига соединен со вторым аходом первого сумматора, с первым аходом второго сумматора, со аходом первого квадратора и со входом регистра сдвига, выход (0 -l)-й ячейки регистра сдвига подключен к третьему аходу первого сумматора и ко второму аходу второго сумматора, выходы первого и второго сумматора подключены соответственно ко аходам второго и третьего квадраторов, выходы квадраторов соединены с информационными входами соответственно первого, второго и треты

ro накапливающих сумматоров, выходы которых через соответствующие масштабные блоки подипочены к соответствующим входам третьего сумматора, четвертый вход которого соединен с выходом блока вычисления логарифма произведения определителей, вход блока вычисления логарифма произведения определитлей подключен к четвертому выходу бпо ка управления, о т л и ч а ю ш е е е я" тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, выход третьего сумматора соединен с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения соединен с выходом первого блока памяти, выход блока сравнения подключен ко второму ьходу первого блока памяти и к первому ьходу ключа, второй вход которого соединен с выходом второго блока памяти, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока управления, а выход ключа соединен со щорым входом третьего блока памяти, Источники информации, принятые во внимание. при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 385617, С 06 G 7/38, 1970, 2. Телькснис A. Черняускас 9 Qnpeделение изменений свойств случайных сигналов. Сб. Ссгатистические проблемы управления. Вып. 1, секция У, Вильнюс, 1971, с. 19-20.

73288 9

Составитель B. Жовинский

Редактор М. Ликович ТехредЖ.Кастелевич Корректор Е. Папп

Заказ 1555/11 Тираж 751 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

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