Устройство для оценки достоверности результатов измерений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-вуМ 739618 (22) Заявлено 03.04. 81 (21) 3268804/18-24 ($$) М. Кд.з

C 08 С 25/00

t с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 301082. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 30 ° 10. 82 (53) УДК621. 398 (088. 8) !

> (!.:1, ) 1! (!

1

: .! (72) Автор изобретения

С. С. Кукушкин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ДОСТОВЕРНОСТИ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике, может быть использовано в информационно-измерительных систе5 мах для оперативной верификации поступающей информации.

По основному авт. св. 9 739618 известно устройство для оценки досто.— верности результатов измерений, содержащее блок определения математического ожидания и блок управляемой задержки, первые входы которых объединены и соединены с измерительным входом устройства, первый сумматор, выход которого подключен к первому входу блока деления, второй сумматор, выход которого соединен с первым входом умножителя, блок памяти, выход которого

I подключен к второму входу умножителя, выход умножителя соединен с BTQрым входом блока деления, выход которого подключен к выходу устройства, блок управления, первый .выход которого соединен с вторым входом блока управляемой задержки, подключен к входу блока задержки, делитель частоты, первый и второй блоки определения абсолютной разности, вход синхронизации устройства соединен с первым входом делителя частоты, первый выход которого подключен к третьему входу блока деления, второй выход делителя частоты соединен с вторым входом блока определения математического ожидания, выход которого подключен к .первому входу первого блока определения абсолютной разности, выход блока управляемой задержки соединен с первым входом второго блока определения абсолютной разности, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход блока определения абсолютной разности соединен с первым входом второго сумматора, третий выход делителя частоты подключен к вторым входам первого и второго сумматоров, выход блока задержки соединен с вторым входом блока определения абсолютной разности, четвертый выход делителя частоты подключен к третьим входам первого и второго блоков определения абсолютной разности, второй выход блока управления соединен с вторым входом делителя частоты.

Устройствр позволяет установить факт наличйя или отсутствия в исследуемом процессе случайной низкочастотной составляющей (тренда) и изменять в соответствии с результа970428

Кроме того, блок определения значения медианы содержит генератор импульсов, регистры памяти, счетчики, элемент сравнения, дешифратор, делитель на два, элементы ИЛИ и в каждоМ канале обработки — счетчик,реверсивный счетчик, дешифратор .нуля, эле- 60 менты И и селектор длительности, выполненный на сумматорах, элементах задержки, амплитудном различителе, дифференцирующем элементе и пороговом элементе, выход первого элемента 65 тами анализа алгоритм обработки принимаемой информации.

При этом для повышения достоверности принятия гипотезы об отсутствии или наличии систематического сдвига в результатах измерений, иска- S

>кенных аномальными ошибками, B устройстве при оценке среднеквадратической погрешности аномальные результаты измерений частично компенсируются. Недостаток устройства заключает- 10 ся в отсутствии текущего контроля за интенсивностью аномальных ошибок измерений и в невозможности полного исключения их влияния на результаты вычисления оценок определяемых статистических характеристик. При соответствующем изменении алгоритма обработки принимаемой информации аномальные результаты измерений:вследствие резко выраженного отличия их статистических характеристик от статических свойств флуктуационных ошибок низкого энергетического уровня могут быть легко отфильтрованы.Этим обстоятельством диктуется необходимость контроля интенсивности появления аномальных результатов измерений.

Цель изобретения — повышение точности устройства для оценки достоверности результатов измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки достоверности результатов измерений введены блок определения значения медианы, второй умножитель и второй 35 блок деления, первый и второй входы блока определения значения медианы подключены соответственно к второму выходу второго блока определения абсолютной разности и третьему выходу делителя частоты, выход блока определения значения медианы соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, выход второго умно- 45 жителя соединен с вторым выходом устройства и первым входом второго блока деления, выход которого соединен с третьим входом устройства, второй и третий входы второго блока деления соединены соответственно с вторым и третьим входами первого блока деления. задержки соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с входом амплитудного различителя, первый выход амплитудного . различителя непосредственно, второй выход через второй элемент задержки соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора,выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий элемент и пороговый элемент соединены с первым и вторым выходами селектора длительности, вход первого элемента задержки объединен с вторым входом первого сумматора и подключен к входу селектора длительности, первый выход селектора длительности каждого канала обработки соединен с первым входом счетчика, первые выходы которого соединены с первыми входами реверсивного счетчика, первый выход реверсивного счетчика через дешифратор нуля соединен с первым входом первого элемента И, второй выход — с первым входом второго элемента И и соответствующим входом первого элемента

ИЛИ, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами реверсивного счетчика и первого элемента И первого канала обработки, выход первого элемента И каждого предыдущего канала обработки соединен с вторыми входами реверсивного, счетчика и первого элемента И каждого последующего канала обработки, вторые выходы селекторов длительности всех каналов обработки соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные делитель на два и первый счетчик — с первыми входами первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, выход элемента сравнения соединен с вторым входом первого регистра памяти, первым входом второго счетчика и вторыми входами вторых элементов И всех каналов обработки, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами дешифратора, вторые входы которого подключены к выходам второго регистра памяти, выход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго счетчика выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, входы селекторов длительности всех каналов обработки объединены и подключены к первому входу блока определения значения медианы, вход генератора импульсов объединен с входами счетчиков всех каналов обработки и подключен к второму входу блока определения значения медианы, выход дешифратора соединен с выходом блока определения значения медианы.

Теоретическая основа достижения поставленной цели заключена в повы970428 шении эффективности оценок достоверности результатов измерений при сложных законах распределения значений искажающего случайного процесса, формализация которого допустима суперпоэицией плотностей распреде- 5 ления вероятностей следующего вида

Vt„(@=A„f,(») )(У,Ц" )+

+Ах%а" О,0у ),A„A<=" ()

10 гдето()(Ч Gs ") 1 ()(ч(сО)- одномерные

М плотности. распределения вероятностей с дисперсиями 0 (») и д () ч. 15

Известное устройство не позволяет оценить соотношение в общей погрешности результатов измерений дисперсий флуктуационных0(" и аномальМ ных G() ошибок, что обуславливает наличие неопределенности в выборе наиболее эффективного алгоритма обработки.

Для достижения поставленной цели в предлагаемом устройстве вычисляются среднеквадратические отклонения по следующим алгоритмам:

40 д«„„) }»чх ) =2Ь

1 <$ l дЬ)1+ I "(.») I 1, н=м+) (4) б (») 5= — > ч бч

На фиг. 1 приведена структурная ,блок-схема устроиства; на фиг. 2 структурная блок-схема блока опре- 65 и д (),) . Е 1У; -У„.». „1

" =1

1 2 )д.„д .

4 8

„=A„Q" l: дк1= д )д. - h. „ I

» И ic 1 «-.»

М;.1»».

Uy(">=А„мефд«»)1, I (1) le" д(H) I) (У. май (Ь"(,) 1,1ф.)1" 1д"(н) I1= где Y., Y. — значения исследуемого

» 1+» случайного процесса;

9edEZ, 2 „.2 „ J-медиана последовательности случайных величин

Z(»)p Z(Z я 1

К - порядок разности;

/Ф (»)». — коэффициент пропорциоа. V нальнрсти;

N — объем статистической выборки. деления значения медианы; на фиг. 3 схема блока определения абсолютной разности; на фиг. 4 — временные диаграммы, поясняющие работу селекторов длительности.

Устройство содержит (фиг. 1) блок

1 определения математического ожидания, блок 2 управляемой задержки, первый блок 3 определения абсолютной разности, блок 4 задержки, второй блок 5 определения абсолютной разности, первый сумматор 6, второй сумматор 7, первый умножитель 8, блок

9 памяти, первый блок 10 деления, делитель 11 частоты, блок 12 управления, блок 13 определения значения медианы, второй умножитель 14, второй блок 15 деления, вход 16 синхронизации, измерительный вход 17, первый 18» и второй 182 выходы второго блока определения абсолютной разности, управляющий вход 19 блока 13 определения значения медианы, выход 20 блока 13 определения значения медианы, первый 21 и второй 22 и третий 23 выходы устройства.

Блок 13 определения значения медианы (фиг. 2) содержит селекторы 24 -24к длительности, включающие сумматорй

: 25» — 25 к и 26» 26к, элементы 27» -27к

,и 28» -28« эадержк ° плитудные раэличители 29» -29«, дифференцирующие элементы 30» — 30« и пороговые элементы 31» -31K, счетчики 32» -32к, генератор 33 импульсов, реверсивные счетчики 34„ -34 g, дешифраторы 35„ -35к,первые элементы И 36» -36«, элементы ИЛИ

37 и 38, вторые элементы И 39 -39„, делитель 40 на два, элемент 41 сравнения, дешифратор 42 значений медианы, счетчики 43 и 44, регистры 45 и 46 памяти, каналы 47„ -47„ обработки.

Блок определения абсолютной разности содержит формирователь 48 ШИМ, элементы НЕ 49 и 50,первые элементы Й 51 и 52, элемент ИЛИ 53, второй элемент И 54, генератор 55 импульсов,формирователь 56 ШИИ.

Устройство работает следующим образом.

Результаты измерения с входа 17 (фиг. 1) поступают на вход блока 1 определения математического ожидания, где осредняются эа установленный блоком 12 управления через управляемый делитель 11 частоты интервал осреднения, кратный периодам следования синхронизирующих сигналов. Время задержки этих же результатов измерений в блоке 2 устанавливается равным интервалу осреднения. Блок 3 и сумматор 6 реализуют операции определения среднего значения абсолютных разностей между текущими значениями результатов измерений и их средним значением.

Одновременно определяются в блоке 5 абсолютные разности между предшест9704?8 вующими и настоящими значениями ре- зультатов измерений и производится оценка их среднего значения накоплением в сумматоре 7 за установленное время осреднения. Осреднение в нака . пливающих сумматорах осуществляется выводом числа из старших разрядов сумматора, для чего интервалы осреднения устанавливаются соответствующими следующим объемам статистичЕских выборок N = 10О, где О =i 2,3..., 10 умножнтель 8 нормирует полученный результат соответствующим порядку разности коэффициентом пропорциональности, хранящимся в блоке 9. Результаты деления в блоке 10 вычисленных 15 в первых двух параллельных цепях устройства статистик эквивалентны в среднем и по дисперсии рассеивания классическому критерию Аббе и могут использоваться для проверки гипотезы об отсутствии систематического сдвига.,в результатах измерений.

Блоки 3 и 5 определения абсолютной разности (фиг. 3) работают следующим образом. 25

Задержанный и незадержанный сигналы о случайном процессе поступают на входы формирователей 48, 56 широтно-модулированных импульсов (ШИМ).

Сформированные импульсы ШИМ с модуля- З0 цией заднего фронта инвертируются элементами НЕ, 49 и 50 в импульсы ШИМ с модуляцией переднего фронта и поступают на элементы 51 и 52, на вторые входы которых подаются неинвертированные импульсы ШИМ с формирователей 48 и 56 соответственно.. Ha выходе элементов И 51 и 52 формируются импульсы ШИМ, соответствующие по длительности разности между выбранными значениями исследуемого случай- 40 ного процесса. Сформированные импульсы после их сведения в единый поток элементом ИЛИ 53 представляют собой абсолютные разности между значениями случайного процесса и подвергают- 45 ся преобразованиям в блоке 13 опре.— деления значения медианы и в преобразователе аналог-код, состоящем из элемента И 54 и генератора 55 счетных импульсов. 50

Блок 13 определения значения медианы работает следующим образом.

Сигналы ШИМ с выхода 18 блока

5 определения абсолютной разности, .несущие информацию об абсолютных по величине разностях между выбранными значениями случайного процесса, поступают на входы селекторов 24 -24„ длительности, на выходах которых формируются сигналы совпадения по про- 60 должительности поступающих импульcos с установленными в каждом из селекторов 24 -24 временными интервалами Ъ„,.,..., -г„. Значения вреР ф У менных интервалов задаются времена- 65 ми задержек поступающего сигнала в элементах 27, -27 и 28 -28„,равными соответственно. Сформированные импульсы (фиг. 4ж) подсчитываются счетчиками 32„ -.32„ за установленный интервал осреднения, определяемый частотой следования импульсов на выходе 19 делителя 11 частоты. По окончании очередного интервала осреднения результаты подсчета импульсов совпадения длительностей сигналов ШИМ с выхода 18 с установленными временными интервалами переписываются в параллельном двоичном коде в реверсивные счетчики 34„-34к .

Счетчики 32„-32 при этом освобождаются для подсчета импульсов совпадения в новой статической выборке.

На вычитающие входы реверсивных счетчиков 34 -34 поступают считывающие импульсы от генератора 33 импульсов.

С поступлением импульса считывания число, записанное в реверсивный счетчик 34, уменьшается на единицу. При каждом уменьшении числа на единицу импульс, которым произведено считывание, поступает на соответствующий вход элемента ИЛИ 37. (При этом импульсы считывания на последующий реверсивный счетчик 34А поступят только после считывания числа, записанного в предыдущий, Считывание записанного в реверсивный счетчик 34> числа производится до тех пор, пока на выходе соответствующего дешифратора 35. нуля не появится сигнал, свидетельствующий об окончании считывания. С появлением сигнала окончания считывания окрывается соответствующий элемент

И 36>, разрешающий считывание числа, записанного в последующий j+1-й реверсивный счетчик. Импульсы считывания в количестве, соответствующем записанным в реверсивных счетчиках

34 -34 числам, поступают через элемент ИЛИ 37 на вход счетчика 44. Причем, накопление импульсов в счетчике

44 бУдет производиться до тех пор, пока записанное в нем число не будет равно полусумме всех импульсов совпадения, прошедших через элемент ИЛИ

38, накопленных в счетчике 43 импульсов и переписанных во второй регистр

46 памяти. В момент равенства чисел в счетчике 44 и втором регистре 46 памяти на выходе элемента 41 сравнения появится потенциал, открывающий элементы И 39, — 39„ . При этом сигнал появится на том входе дешифратора 42 значений медианы, порядковый номер которого совпадает с порядковым номером канала 47 обработки со временем задержки сигнала,равнь м : в8,, rye Wmed медианное значение плотности распределения вероятностей длительности сигналов UlHN, 970428

50

При появлении сигнала на j-ом входе дешифратора 42 значений медианы разрешается вывод соответствующего значения медианы из j-й ячейки памяти первого регистра 45 памяти. Числовые значения, хранящиеся в ячейках памя1ти регистра 45 памяти определяются соответствующими временными интервалами задержки сигналов селекторов

24 -24 „ длительности. Сигналами на выходе элемента 41 сравнения сбра- 10 сываются в исходное нулевое состояние K+2-й счетчик 4.и второй регистр

46 памяти и приводятся в готовность к накоплению и запоминанию данных по новой статистической выборке. 15

Работа селекторов ?4 -24 по длиК тельности состоит в следуют.ем.

Преобразованный случайный процесс с выхода 18 (фиг. 4) второго блока

5 определенйя абсолютной разности поступает непосредственно на объединенные вторые входы первых сумматоров 25„ -25„ через элементы 27 -27 задержки, в которых поступающий сигнал с ШИН задерживается и инвертируется (фиг., 4а). Времена задержек.с, ,к в каналах 47 -47 обработки различны и выбираются из условия перекрытия диапазона случайного изменения длительностей исследуемой импульсной последовательности». Количе-. ство каналов 47, -47 обработки определяется диапазоном перекрытия и установленным дифференциальным коридором.

Результаты первого суммирования (фиг. 4б) разделяются в амплитудных различителях 29 -29 по нулевому уровню на положительную и отрицательную составляющие. При этом положительную составляющую задерживают во вторых 40 элементах 28„-28 задержки, идентичных по времени задержки соответствующим первым элементам 27„ -27 задержки на время „, т:,..., Ч:к .

В результате выполненных операций 45 и повторного суммирования во вторых сумматорах 26 -26 отрицательной последовательности импульсов с задержанной положительной (фиг.4в,г,д)

Формируются перепады напряжений

+М-N в те моменты времени, когда длительность импульса случайного процесса й„ равна удвоенному времени задержкй й„ = 2 С„ в соответствующем канале 47„ -47 обработки ° При дифференцировании результатов второго суммирования дифференцирующих элементов 30 — 30 < (фиr.4е) создаются условия для выделения путем ограничения в пороговых элементах 31 -31, импульсов появления значений случайного процесса = соответствующем разряде гистограмм распределения сигналов ШИМ (фиг. 4ж).

Предлагаемос ус: ройство выгодно отличается от известных устройств 65 возможностью полного исключения искажающего воздействия аномальных ошибок на результаты статистической обработки измерений, позволяет определять интенсивность аномальных результатов измерений, т.е ° является более точным.

Формула изобретения

1. Устройство для оценки достоверности результатов измерений по авт. св. 9 773399661188, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок определения значения медианы, второй умножитель и второй блок деления, первый и. второй входы блока определения значения медианы подключены соответственно к второму выходу второго блока определения абсолютной разности и третьему выходу делителя частоты, выход блока определения значений медианы соеди = нен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, выход второго умножителя соединен с вторым вы" ходом устройства и первым входом второго блока деления, выход которого соединен с третьим выходом устройства, второй и третий входы второго блока деления соединены соответственно с вторым и третьим входами первого блока деления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, блок определения значения медианы содержит генератор импульсов, регистры памяти, счетчики, элемент сравнения, дешифратор, делитель на два, элементы ИЛИ и в каждом канале обработки — счетчик, реверсивный счетчик, дешифратор нуля, элементы И и .селектор длительности, выполненный на сумматорах, элементах задержки, амплитудном различителе, дифференцирующем элементе и пороговом элементе, выход первого элемента задержки соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен с .входом амплитудного различителя, первый выход амплитудного различителя непосредственно, второй выход через второй элемент задержки соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого через последовательно соединенные дифференцирующий элемент и пороговый элемент соединены с первым и вторым выходами селектора длительности, вход первого элемента задержки объединен с вторым входом первого сумматора и подключен к входу селектора длительности, первый выход селектора длительности каждого канала обработки соединен с первым входом счетчика, первые выходы которого соединены с первыми входами реверсивно970428

12 го счетчика, первый выход реверсивного счетчика через дешифратор нуля соединен с первым входом первого . элемента И, второй выход — с первым входом второго элемента И и соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход генератора импульсов соединен с вторыми входами реверсивногого счетчика и первого элемента И первого канала обработки, выход первого элемента И каждого предыдущего канала О обработки соединен с вторыми входами реверсивного счетчика и первого элемента И каждого последующего канала обработки, вторые выходы селекторов длительности всех каналов обработки 15 соединены с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого через последовательно соединенные делитель на два и первый счетчик с первыми входами первого регистра памяти, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения,выход элемента сравнения соединен с вторым входом первого регистра памяти, первым входом второго счетчика и вторыми входами вторых элементов И всех каналов обработки, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами дешифратора, вторые входы которого подключены к выходам второго регистра памяти, выход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, входы селекторов длительности всех каналов обработки объединены и подключены к первому входу блока определения значения медианы, вход генератора импульсов объединен с входами счетчиков всех каналов обработки и подключен к второму входу блока определения значения медианы, выход дешифратора соединен с выходом блока определения значения медианы.

970428

1 Э с Э а В Э е Ф Ф Ф Э В O

Составитель Н. Бочарова

Техред A.Áàáèíeö Корректор Н. Король

Редактор Е, Папп

Заказ 8394/63 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4