Статистический анализатор

 

ОЛ ИГРАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

IC АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск»к

Социал»стнческиа

Республйн («i 922766 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву ! (22) Заявлено 04.04.79 (21) 2771983/18-24 (Sl jN. Кл.

G 06 F 15/36 с лрисоедняе»»ем заявк» М (23)Приоритет

Йсударспаивй каюатет

СССР ию делаю кэабратений в етаавпя11

Опубликовано 23.04.82. Ьюллетеяь М 15 (53) УДК Ь81.З (088. 8) Дата ооубл»нова»ия оя»сания 23.04.82

Знамени государственный университет им. В.И.Ульянова=Ленияа=1 (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к вычйслительной и измерительной технике и может быть использовано в специализированных устройствах для регистрации и статистической обработки информации..

Известны устройства для обработки статистической информации, определяющие среднее арифметическое значение нормально распределенных слу" чайных величин и доверительный интервал, внутри .которого с заданной надежностью находится истинное значение измеряемого параметра, выполняющие интервальную оценку измеряемых параметров 11 ), $2},С)3.

Наиболее близким к изобретению. по технической сущности и достигаемому результату является статистический анапизатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, счетчик объема выборки, первый и второй

:блоки памяти, блок сравнения, блоки окончания цикла, сумматор, делитель, блок вычисления размаха, блок вычисления среднего квадратического от-. клонения, блок вычисления доверительного интервапа и блок регистрации tO3.

Недостатки известных устройствневозможность обработки многомерных сигнллов .

Цель изобретения — создание устройства, способного проводить интервальную оценку параметров от многомерных сигналов, т.е. расширение . класса решаеиах задач при дополнительном повышении точности стати» стического анализатора.

Поставлениая цель достигается тем, что в устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, информационные входы которого являются входами анализатора, а информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно к информационным входам счетчика объема выборки и блока памя3 9227 ти, информационные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами блока вычисления среднего арифметического, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй вы$ ход и вход которого соединены соответственно с управляющими входом и выходом блока памяти, информационный выход которого подключен к nept0 вому информационному входу арифметическо,го блока, управляющий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом

tS аналого-цифрового преобразователя, а пятый выход блока управления подключен к управляющему входу счетчика объема выборки, информационный выход которого соединен с информационным

20 входом блока вычисления среднего арифметического и вторым информационным входом арифметического блока, содержит счетчик числа каналов, блок определения Г-функции, блок вычисления

25 коэффициентов корреляции, блок вычисления определителя корреляционной матрицы и блок определения доверительного объема, выход которого является выходом анализатора, управляю30 щии вход блок определения доверительного объема соединен с шестым выходом блока управления, а первый, второй и третий информационные входы подключены соответственно к информационным выходам блока определения

Г-3yHKgHH, арифметического блока и блока вычисления определителя корреляционной матрицы, управляющий вход которого подключен к седьмому выходу блока управления, а группа ин- 0 формационных входов соединена с соответствующими выходами блока вычисления коэффициентов корреляции, управляющий. вход которого подключен к восьмому выходу блока управления, первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов корреляции соединена с соответствующими выходами блока вычисления среднего арифметического, а вторая группа ин-, 50 формационных входов подключена соответственно к информационным выходам блока памяти, информационные входы счетчика числа каналов соединены соответственно с информационными выхода-55 ми аналого-цифрового преобразователя, выход счетчика числа каналов под" ключен к первому информационному вхо66 4 ду арифметического блока и информационному входу блока определения Г-функции, управляющий вход которого подключен к девятому входу блока управления, десятый вход которого соединен с управляющим входом счетчика числа каналов, при этом информационный вход блока вычисления коэффициентов корреляции соединен с выходом счетчика объема выборки.

Кроме того, блок определения доверительного объема содержит регистры и и последовательно соединенные узел извлечения квадратного корня, умножитель и делитель, при этом вход узла извлечения квадратного корня соединен с выходом первого регистра, вход которого является третьим информационным входом блока, выход второго регистра подключен к другому входу умножителя, а.вход второго регистра является вторым информационным входом блока, выход третьего регистра соединен с другим входом делителя, а вход третьего регистра является первым информационным входом блока.

При этом блок управления содержит первый и второй управляющие триггеры, дешифратор, счетчик, элемент задержки и генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов запуска, вход которого соедйнен с первым выходом первого управпякщего триггера, вход которого является входом блока, а второй выход является шестым входом блока непосредственно, а через элемент задержки — четвертым выходом блока, выход формирователя импульсов запуска соединен с первым входом второго управляющего триггера, второй вход которого подключен к управляющему выходу дешифратора, а выход — через генератор тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены соответственно к входам дешифратора, разрядные выходы которого являются соответственно десятым, пятым, вторым, первым, восьмым, третьим, седьмым и девятым выходами блока.

На фиг. 1 представлена функциональная схема статистического анализатора; на фиг. 2 — функциональная схема блока определения доверительного объема; па фиг. 3 — функциональная схема блока управления.

Схема содержит аналого-цифровой преобразователь l выходы которого соединены со счетчиком 2 объема вы40

5 9227 борки, счетчиком 3 числа каналов и блоком 4 памя ти, соединенной с первыми информационными входами блока

5 вычисления коэффициентов корреляции и через блок 6 вычисления сред5 них арифметических — со вторым информационными входами блока 5, выходы которого подключены к блоку 7 вычисления определителя корреляционной матрицы (матрицы ковариации), выходы счетчика 3 числа каналов подключены к арифметическому блоку 8 и блоку 9 определения Г-функции, а выходы двух последних блоков и блока 7 соединены с блоком 10 определения доверительного объема, выходы счетчика 2 объема выборки подключены к блокам 6, 8 и 5, а выходы блока 11 управления соединены со всеми перечисленными блоками, причем блок 4 памяти подклюЧен по информационному выходу к арифметичес-. кому блоку 8, а по управляющему выходу — к блоку 11 управления.

Входные регистры 12, 13 и 14 подключены соответственно к узлу 15 извлечения квадратного корня, умножителю 16 и делителю 1-7, вход которого через умножитель 16 соединен с узлом 15 извлечения квадратного корня (фиг. 2).

Первый управляющий триггер 18 через формирователь 9 импульса запуска соединен с одним из входов второго управляющего триггера 20, выход которого через генератор 21 тактовых

35 импульсов подключен к счетчику 22 и далее — к дешифратору 23, управляииций выход которого соединен со вторым входом управляющего триггера 20 (фиг. 3).

Аналого-цифровой преобразователь

1 имеет число входов, равное максимально ожидаемой размерности п многомерных сигналов на входных клеммах

45 анализатора, где размерность rn естьмаксимальное число измеряемых параметров. Блок 4 памяти состоит из оперативного запоминающего (ОЗУ) для записи входных случайных сигналов и долговременного запоминающего узла (ДЗУ) (на схеме не показаны), где хранятся процентные критические значения Тр(k é) распределения Т Хотеллинга, а также все необходимые константы (например I, 2,Р), где р - заданная доверительная вероятность, k раэмери 1сть поступающих многомерных случайных сигналов (k < m); й

66 6 объем многомерной выборки входных сигналов.

Процентные практические значения

T (k, Й) в устройстве используются потому, что обработку нормально распределенных сигналов с неизвестной дисперсией наиболее целесообразно проводить с помощью неприменяемого ранее на практике критерия Т распре ? деления Хотеллинга (многомерного обобщения распределения Стьюдента), являющегося для данного случая наиболее мощным, т.е. дающим наибольшую точность

По команде "Пуск" триггер 18 вырабатывает управляющий импульс, который приводит в нулевое состояние все блоки анализатора и после задержки разрешает работу аналого-цифровому преобразователю 1, входные данные от которого в двоичном коде подаются в блок 4 памяти для запоминания и одновременно на счетчики 2 объема выборки и числа каналов 3. После заполнения блока 4 памяти выдается сигнал на управляющий триггер 18, перебрасывающий триггер в новое состояние, далее через формирователь 19.импульсов запуска и второй управляющий триггер 20 вырабатывается сигнал запуска генератора 21 тактовых импульсов, IIo первому тактовому импульсу, появившемуся на первой шине дешифратора 23 производится перезапись числа каналов k счетчика 3, соответствующего размерности входных сигналов, в арифметический блок 8 и в блок 9 определения Г-функции.

По второму тактовому импульсу производится перезапись объема выборки Й из счетчика 2 в регистры ариф.метического блока 8, блока 6 вычисления средних арифметических и блока 5 вычисления коэффициентов корреляции.

По третьему тактовому импульсу производится.счигывание входных данных из блока 4 памяти и запись их в блок 6 вычисления средних арифмети-, ческих, где в каждом i -том канале вычисляются средние арифметические.

1 К х1»ц Х X;hl (9=1Ъ ° й) 1)с 1

По четвертому тактовому импульсу производится перезапись констант из блока 4 памяти в арифметический блок 8 и блок 9 определения Г..-функции.

К ф )К. д., (1 - ) e<.

Формула изобретения

7 9227

При этом в блоке 8 вычисляется коэф/. фициент а в блоке 9 вычисляется значение

Г-функции Г(k/2+1).

На вход блока 9 поступают значения 1Щ из блока 4 памяти.

Влок 9 определения Г-функции выпол-о нен в 533.

По пятому тактовому импульсу производится считывание входных данных с блока 4 памяти и значений х; с блока .6 вычисления средних арифмети- 15 ческих и запись в блок 5 вычисления коэффициентов корреляции, где вычисляются коэффициенты корреляции между всеми i-тМми и 1-тими каналами

N 20

l)= >,(" ";)(gW-";)

По шестому тактовому импульсу производится перезапись коэффициентов корреляции 1„", из блока 5 в блок 7 25 вычисления определителя корреляционной матрицы, где вычисляется значение определителя det //11 //

Блок 5 вычисления определителя корреляционной ма;рицы выполнен в t4j зо

По седьмому тактовому импульсу, производится перезапись значений из блока ll на первый регистр l2 блока 10 определения доверительного объема, из блока 5 - на второй регистр 13 блока 10 и из блока 9 - на третий регистр 14 блока IO.

Значение det //11j// с первого регистра 12 поступает в узел 15 извлечения квадратного корня, затем значенне !сея й//Гц/! уннонается на коэффициент А в умножителе 16 и полученный результат делится на значение Г-функции Г (k/2+1) в делителе

17, таким образом, в блоке 10 произ- 45 водится вычисление значения объема доверительного эллипсоида.

/1=А faeane, в /г(кое/), где Ч вЂ” объем эллипсоидаг

50 которое подается на выходную клемму статистического анализатора.

По восьмому тактовому импульсу в второй управляющий триггер 20 пре"

-кращает работу генератора 21 тактовых импульсов.

Предлагаемый анапизатор позволяет производить интервальную оценку параметров от многомерных сигналов, т.е. по сравнению с известным рас-. ширяет класс решаемых задач. Многомерную интервальную оценку в принципе возможно производить, взяв парал" лельно 1 устройств, определяющих до-. верительные интервалы. В этом случа в качестве доверительной области будет выступать доверительный параллелепипед с объемом я где г — процентное критическое значение распределения Стьюдента

, — среднеквадратические отклонения.

В предлагаемом анализаторе сокра« щения оборудования тем больше, чем большую размерность имеют многомерные входные сигналы.

Ввиду того, что обработка нормально распределенных сигналов производится с помощью неприменяемого ранее на практике критерия Т Хотеллинга, то получим наиболее точную многомерную интервальную оценку, так как указанный критерий является теоретически наиболее мощным.

Статистический анализатор, содержащий аналого-цифровой преобразователь, информационные входы которого являются входами анализатора, а информационные выходы аналого-цифрового преобразователя подкпючены соответственно к информационным входам счетчика объема выборки и блока памяти, информационные выходы которого соединены с соответствукицими информационными входами блока вычисления среднего арифметического, управлякщий вход которого подключен к первому выходу блока управления, второй выход и вход которого соединены соответственно с управлянщими входом и выходом блока памяти, информационный выход которого подключен к первому информационному входу арифметического блока, управляющий вход ко-торого подключен к третьему выходу блока управления, четвертый выход ко1О

766

9 922 торого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а пятый выход блока управления подключен к управлякщему входу счетчика объема выборки, информационный выход ко- g торого соединен с информационным входом блока вычисления среднего арифметического и вторым информационным входом арифметического блока, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с це- 10 лью расширения функциональных возможностей за счет определения интервальной оценки. параметров многомерных сигналов, он содержит счетчик числа каналов, блок определения Г-функции, блок вычисления коэффициентов корреляции, блок вычисления определителя . корреляционной матрицы н блок определения доверительного объема, выход . которого является выходом анализатора ро управлякщий вход блока определения доверительного объема соединен с weстым выходом блока управления, а первый, второй и третий информационные входы подключены соответственно к ин- 2S формационным выходам блока определения Г-функции, арифметического блока и блока вычисления определителя корреляционной матрицы, управляющий вход которого подключен к сеДьмому выхо- ЗО ду блока управления, а группа инфор" мационных входов соединена с соответствукицими выходами блока вычисления коэффициентов корреляции, управляющий вход которого подключен к вось- 35 мому выходу блока управления, первая группа информационных входов блока вычисления коэффициентов корреляции соединена с соответствукицими выхода- ми блока вычисления среднего арифметического, а вторая группа инрорма-. ционных входов подключена соответственно к информационным выходам блока памяти, информационные входы счет": чика числа каналов соединены соответственно с информационными выходами аналого-цифрового преобразователя, выход счетчика числа каналов подключен к первому информационному входу арифметического блока и информацион50 ному входу блока определения Г-функции, управляющий вход которого подключен к девятому входу блока управления, десятый вход которого соединен с управляющим входом счетчика числа каналов, при этом информацион5S ный вход блока вычисления коэффициентов корреляции соединен с выходом счетчика объема выборки.

2. Анализатор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок оп-. ределения доверительного объема содержит регистры и последовательно соединенные узел извлечения квадратного корня, умножитель и делитель, при этом вход узла извлечения квадратного корня соединен с выходом первого регистра, вход которого является третьим информационным входом блока, выход второго регистра подключен к другому входу умножнтеля, а вход второго регистра является вторым информационным входом блока, выход третьего регистра соединен с другим входом делителя, а вход третьего регистра является первым информационным входом блока.

3. Анализатор по и. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит первый и второй управляющие триггеры, дешифратор, счетчик, элемент задержки и генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов запуска, вход которого соединен с первым выходом первого управляющего триггера, вход которого является входом блока, а второй выход является шестым входом блока непосредственно, а через элемент задержки - четвертым выходом блока, выход формирователя, импульсов запуска соединен с первым входом второго управляницего триггера, второй вход которого подключен к управляющему выходу дешнфратора, а выход — через генератор тактовых импульсов подключен к входу счетчика, выходы которого соединены соответственно к входам дешифратора, разрядные выходы которого являются соответственно десятым, пятым, вторым, первым, восьмым, третьим, седьмыми девятым выходами блока, Источники информации„ принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

В 458832, кл. G 06 F 15/361 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

И 551651, кл. 6 06 F 15/36, 1977 °

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 11 2731998/24, кл. G 06 F 15/32

1979.

4. Авторское свидетельство СССР

У 404090, кл. G 06 F 15/32, 1973.

922766

Составитель Э.Сечина

Редактор Н. Пушненкова Техред С.Мигунова Корректор М.Демчик

Заказ 2583/65 Тираж 732 Подписное

ВНИИЙИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

1l3O35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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