RU2368002C2 - Device for separation of useful signal in case of single-sided law of adaptive noise component distribution - Google Patents
Device for separation of useful signal in case of single-sided law of adaptive noise component distribution Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368002C2 RU2368002C2 RU2007127695/09A RU2007127695A RU2368002C2 RU 2368002 C2 RU2368002 C2 RU 2368002C2 RU 2007127695/09 A RU2007127695/09 A RU 2007127695/09A RU 2007127695 A RU2007127695 A RU 2007127695A RU 2368002 C2 RU2368002 C2 RU 2368002C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- unit
- implementation
- storage unit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Noise Elimination (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах управления и обработки сигналов.The present invention relates to the field of computer technology and can be used in control systems and signal processing.
Входная реализация результатов измерений представляет собой единственную дискретную последовательность у1, у2, …, уn, где уk=у(tk), .The input implementation of the measurement results is the only discrete sequence of y 1 , y 2 , ..., y n , where y k = y (t k ), .
Математическая модель результатов измерений может быть представлена в виде:The mathematical model of the measurement results can be represented as:
где Sk - полезная составляющая; uk - аддитивная шумовая составляющая, распределенная по одностороннему закону с математическим ожиданием m≠0 и дисперсией σ2.where S k is a useful component; u k is the additive noise component distributed according to a one-sided law with the mathematical expectation m ≠ 0 and variance σ 2 .
Основная решаемая задача - компенсация систематической погрешности при использовании способа размножения оценок, которая появляется в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения. Априорно предполагается известным, что исходная полезная составляющая является гладкой по Андерсону, т.е. на некоторых интервалах может быть достаточно точно аппроксимирована полиномом не выше второй степени. Подобная задача может возникать: 1) в работе приемо-передающих устройств дальней или космической связи; 2) в радиотехнике при оценке помехоустойчивости схем (алгоритмов) обработки сигналов; 3) в метеорологии при изменении различных характеристик состояния атмосферы и т.д. В тех случаях, когда полезная составляющая Sk, принадлежит известному классу функций и определяется конечным числом параметров, используются параметрические методы оценивания (сюда входят методы регрессионного анализа, основу которых составляет классическая теория наименьших квадратов). В случаях, когда отсутствует априорная информация о функции полезной составляющей, для ее оценивания используются непараметрические методы, такие как сглаживание. Известно, что наилучший способ сглаживания - усреднение по ансамблю реализации уi,k, , исходного процесса. Однако, на практике, как правило, предполагается наличие единственной реализации измеряемого процесса. В этом случае целесообразно пользоваться способами сглаживания.The main problem to be solved is the compensation of systematic error when using the method of multiplying estimates, which appears in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law. It is a priori assumed that the initial useful component is Anderson-smooth, i.e. at some intervals, it can be fairly accurately approximated by a polynomial not higher than the second degree. A similar problem may arise: 1) in the operation of transceiver devices for long-distance or space communications; 2) in radio engineering when evaluating the noise immunity of signal processing circuits (algorithms); 3) in meteorology when changing various characteristics of the state of the atmosphere, etc. In cases where the useful component S k , belongs to a well-known class of functions and is determined by a finite number of parameters, parametric estimation methods are used (this includes methods of regression analysis, which are based on the classical theory of least squares). In cases where there is no a priori information about the function of the useful component, non-parametric methods such as smoothing are used to evaluate it. It is known that the best method of smoothing is averaging over the implementation ensemble for i, k , source process. However, in practice, as a rule, it is assumed that there is a single implementation of the measured process. In this case, it is advisable to use smoothing methods.
Известен способ скользящего среднего [Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. - М.: Мир, 1976. - 765 с.]. Это один из самых простых методов сглаживания результатов измерений. Для его использования достаточно одной реализации у1, у2, …, уn исходного процесса.The known method of the moving average [Anderson T. Statistical analysis of time series. - M .: Mir, 1976. - 765 p.]. This is one of the easiest methods to smooth out measurement results. To use it, one implementation is sufficient for 1 , 2 , ..., n for the original process.
Для исходной дискретной реализации результатов измерений определяется интервал сглаживания m, т.е. натуральное число m<n. Способ скользящего среднего предполагает запоминание исходной дискретной реализации результатов измерений уk, , и, определение длины m отрезка ряда уk, (или ширины «скользящего окна»), для которого производится вычисление среднего арифметического, For the initial discrete implementation of the measurement results, the smoothing interval m is determined, i.e. natural number m <n. The moving average method involves storing the initial discrete implementation of the measurement results at k , , and, the definition of the length m of a segment of the series y k , (or the width of the "sliding window") for which the arithmetic mean is calculated,
значенийvalues
у1, у2, …, уm, замену центрального из значений у1, у2, …, уm найденным средним , сдвиг «скользящего окна» на одно значение вправо (т.е. выбор вместо отрезка уk+1, уk+2, …, уk+m-1 другого отрезка уk, уk+1, …, уk+m-1), вычисление среднего арифметического выбранных значений реализации, и так до тех пор, пока не будет достигнут правый конец исходной дискретной реализации результатов измерений.at 1 , at 2 , ..., at m , replacing the central of the values at 1 , at 2 , ..., at m with the found average , shift of the “sliding window” by one value to the right (i.e., instead of the segment k + 1 , k + 2 , ..., k + m-1, another segment k , k k + 1 , ..., k + m-1 ), calculating the arithmetic mean of the selected implementation values, and so on, until the right end of the original discrete implementation of the measurement results is reached.
Ширину "окна" выбирают нечетной, т.к. теоретическое значение рассчитывается для центрального значения. Выражение для вычисления сглаженных значений исходной дискретной реализации результатов измерений записывается в виде:The width of the "window" is chosen odd, because The theoretical value is calculated for the central value. The expression for calculating the smoothed values of the initial discrete implementation of the measurement results is written in the form:
, ,
где p=(m-1)/2 {m - нечетное число).where p = (m-1) / 2 {m is an odd number).
Нередко сглаживание на основе скользящего среднего преобразует реализацию результатов измерений, так что мелкие, но важные для анализа детали полезной составляющей (волны, изгибы и т.д.) не выделяются.Often, smoothing based on a moving average transforms the implementation of the measurement results, so that small but important parts for the analysis of the useful component (waves, bends, etc.) are not highlighted.
Признаки устройства-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: дискретизация сигнала по времени, запоминание цифрового сигнала, выделение временных отрезков, нахождение среднего арифметического значения сигнала, попавшего в выделенные отрезки времени, замена исходной дискретной реализации результатов измерений сглаженными значениями.The characteristics of the analog device, which coincide with the features of the claimed technical solution, are as follows: discretization of a signal by time, storing of a digital signal, allocation of time intervals, finding the arithmetic mean of the signal that fell into the selected time intervals, replacing the original discrete implementation of the measurement results with smoothed values.
Недостатками известного устройства является следующее:The disadvantages of the known device is the following:
- первые p и последние p значений результатов измерений не сглаживаются; этот недостаток особенно заметно сказывается в случае, когда объем реализации результатов измерений невелик, или же если необходимо провести экстраполяцию за пределы рассматриваемого временного интервала;- the first p and last p values of the measurement results are not smoothed; this drawback is especially noticeable in the case when the volume of implementation of the measurement results is small, or if it is necessary to extrapolate beyond the considered time interval;
- способ скользящего среднего вызывает автокорреляцию остатков, даже если она отсутствовала в исходной полезной составляющей, т.е. в оценке полезной составляющей возникает корреляция соседних значений результатов измерений (эффект Слуцкого-Юла);- the moving average method causes autocorrelation of residues, even if it was absent in the original useful component, i.e. in the evaluation of the useful component, a correlation of neighboring values of the measurement results occurs (Slutsky-Yul effect);
- большая погрешность аппроксимации при обработке сигналов в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения.- a large approximation error during signal processing in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law.
Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключается в следующем:The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows:
- если ширина "окна" сглаживания равна 2p+1, то первые p и последние p значений исходной реализации результатов измерений не подвергаются обработке;- if the width of the “window” of smoothing is 2p + 1, then the first p and last p values of the initial implementation of the measurement results are not processed;
- поскольку центральное значение "окна" сглаживания вычисляется как среднее арифметическое соседних, то значения оценки полезной составляющей становятся зависимыми.- since the central value of the “window” of smoothing is calculated as the arithmetic average of the neighboring ones, the values of the estimation of the useful component become dependent.
Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный способ, содержит генератор таковых импульсов, коммутатор, блок управления, первый и второй регистры, сумматор, выход которого подключен к информационному входу первого регистра, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, второй вход которого является входом устройства.The structural diagram of a device that implements the considered method contains a pulse generator, a switch, a control unit, first and second registers, an adder whose output is connected to the information input of the first register, the output of which is connected to the first information input of the switch, the second input of which is the input of the device.
Известен способ взвешенного скользящего среднего [Экономико-математические методы и прикладные модели: Учебное пособие для вузов. / Под ред. В.В.Федосова. - М.: ЮНИТИ, 1999. - 399 с.], который отличается от способа простого скользящего сглаживания тем, что значения исходной дискретной реализации результатов измерения, входящие в интервал сглаживания, суммируются с разными весами. Для вычисления оценки используется выражение: ,There is a method of weighted moving average [Economic and mathematical methods and applied models: Textbook for universities. / Ed. V.V. Fedosova. - M .: UNITI, 1999. - 399 pp.], Which differs from the simple sliding smoothing method in that the values of the initial discrete implementation of the measurement results included in the smoothing interval are summed with different weights. To calculate the score expression is used: ,
где веса pk определяются с помощью метода наименьших квадратов.where the weights p k are determined using the least squares method.
Для взвешенного скользящего среднего недостатком является отсутствие возможности сглаживать значения исходной дискретной реализации результатов измерения на концах реализации. Кроме того, применение этого способа без отрицательных весов вызывает автокорреляцию остатков, т.е. имеет место эффект Слуцкого-Юла.For a weighted moving average, the disadvantage is the inability to smooth the values of the initial discrete implementation of the measurement results at the ends of the implementation. In addition, the use of this method without negative weights causes autocorrelation of residues, i.e. the Slutsky-Yule effect takes place.
В способе скользящего среднего могут быть использованы как среднее арифметическое (простое и с весами), так и медиана. Такой способ сглаживания называется медианным сглаживанием [Колемаев В.А., Калинина В.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: ИНФРА-М, 1997. - 302 с]. Для применения этого способа достаточно одной дискретной реализации результатов измерений у1, у2, …, уn. Основное достоинство медианного сглаживания - устойчивость к выбросам. В основе способа лежит вычисление скользящей медианы.In the moving average method, both the arithmetic average (simple and with weights) and the median can be used. This method of smoothing is called median smoothing [Kolemaev V.A., Kalinina V.N. Theory of Probability and Mathematical Statistics. - M .: INFRA-M, 1997. - 302]. To apply this method, one discrete implementation of the measurement results for 1 , 2 , ..., n is enough. The main advantage of median smoothing is emission resistance. The basis of the method is the calculation of the moving median.
Способ медианного сглаживания предполагает запоминание исходной дискретной реализации результатов измерения у1, у2, …, yn, определение длины m интервала ряда у1, у2, …, уn (или ширины «скользящего окна»), для которого будет производиться вычисление медианы, то есть ранжирование выбранного интервала входной реализации результатов измерения, определение медианы , замена центрального значения интервала у1, у2, …, уm медианой , сдвиг «скользящего окна» на одно значение вправо (т.е. выбор вместо интервала уk, уk+1, …, уk+m-1 реализации другого интервала уk+1, уk+2, …, уk+m), вычисление медианы на новом интервале входной реализации результатов измерения, и так до тех пор, пока не будет достигнуто правого конца исходной реализации результатов измерений.The method of median smoothing involves storing the initial discrete implementation of the measurement results for 1 , y 2 , ..., y n , determining the length m of the interval interval of 1 , y 2 , ..., y n (or the width of the "sliding window") for which the calculation will be performed medians, i.e. ranking the selected interval of the input implementation of the measurement results, determining the median , replacing the central value of the interval at 1 , at 2 , ..., at m with the median , shift of the “sliding window” by one value to the right (i.e., instead of the interval at k , at k + 1 , ..., at k + m-1, the implementation of another interval at k + 1 , at k + 2 , ..., at k + m ), the calculation of the median on the new interval of the input implementation of the measurement results, and so on, until the right end of the original implementation of the measurement results is reached.
Признаки устройства-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: дискретизация сигнала по времени, запоминание входной реализации результатов измерения, выделение временных отрезков, замена входной реализации результатов измерения сглаженными значениями.The features of the analog device, which coincide with the features of the claimed technical solution, are as follows: discretization of the signal by time, storing the input implementation of the measurement results, allocation of time intervals, replacing the input implementation of the measurement results with smoothed values.
Недостатками известного устройства является следующее:The disadvantages of the known device is the following:
- первые p и последние p значений результатов измерений не сглаживаются;- the first p and last p values of the measurement results are not smoothed;
- вследствие нелинейности метода обработки нельзя строго разграничить влияние медианной фильтрации на сигнал и шум;- due to the nonlinearity of the processing method, it is impossible to strictly distinguish between the influence of median filtering on the signal and noise;
- медианное сглаживание можно рассматривать только как эффективный метод предварительной обработки входной реализации результатов измерений в случае импульсных помех;- median smoothing can only be considered as an effective method for pre-processing the input implementation of the measurement results in the case of impulse noise;
- большая погрешность аппроксимации при обработке сигналов в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения.- a large approximation error during signal processing in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law.
Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем:The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows:
- если ширина окна сглаживания равна 2p+1, то первые p и последние p значений исходной реализации результатов измерений не подвергаются обработке;- if the width of the smoothing window is 2p + 1, then the first p and last p values of the initial implementation of the measurement results are not processed;
- медианная фильтрация является нелинейным методом обработки;- median filtering is a non-linear processing method;
- зависимость эффективности сглаживания результатов измерений от формы полезной и шумовой составляющей.- the dependence of the smoothing efficiency of the measurement results on the shape of the useful and noise component.
Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный способ, содержит генератор таковых импульсов, коммутатор, блок управления, регистр хранения, блок ранжирования, блок выбора среднего значения, выходной регистр, где хранится оценка исходной дискретной реализации результатов измерений.The block diagram of a device that implements the considered method contains a pulse generator, a switch, a control unit, a storage register, a ranking unit, an average value selection unit, an output register, where an estimate of the initial discrete implementation of the measurement results is stored.
Известен способ экспоненциального сглаживания [Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. - М.: Мир, 1989. - 540 с.]. Его особенность заключается в том, что в процедуре нахождения оценки полезной составляющей используются только предшествующие значения входной реализации результатов измерения, взятые с определенным «весом», причем значение «весов» убывает к началу реализации. Для применения этого способа достаточно одной реализации у1, у2, …, уn исходного процесса.A known method of exponential smoothing [Bendat J., Piersol A. Applied analysis of random data. - M .: Mir, 1989. - 540 p.]. Its peculiarity lies in the fact that in the procedure for finding the estimate of the useful component, only the previous values of the input implementation of the measurement results taken with a certain "weight" are used, and the value of the "weights" decreases to the beginning of the implementation. To apply this method, one implementation is sufficient for 1 , 2 , ..., n for the original process.
Способ экспоненциального сглаживания предполагает запоминание исходной дискретной реализации результатов измерений у1, у2, …, уn случайного процесса, выбор параметра сглаживания α, (0<α<1), значения Q0, вычисление оценки полезной составляющей по рекуррентной формуле:The method of exponential smoothing involves storing the initial discrete implementation of the measurement results for 1 , 2 , ..., n for a random process, choosing the smoothing parameter α, (0 <α <1), the values of Q 0 , calculating the estimate of the useful component using the recurrence formula:
замену исходных значений результатов измерения у1, у2, …, уn сглаженными значениями Q1, Q2, …, Qn.replacing the initial values of the measurement results for 1 , 2 , ..., n for the smoothed values of Q 1 , Q 2 , ..., Q n .
Для использования экспоненциального сглаживания результатов измерений определяется начальное значение Q0 оценки полезной составляющей и параметр сглаживания α. Неверный выбор начальных условий может оказать существенное влияние на результат обработки исходной дискретной реализации результатов измерений. В практических рекомендациях по применению экспоненциального сглаживания [Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. - М.: Мир, 1989. - 540 с.] предлагается выбирать в качестве начального значения Q0 либо первое значение результатов измерений, либо среднее арифметическое нескольких первых членов результатов измерений, например Q0=(у1+у2+у3)/3. С другой стороны, влияние начальных условий уменьшается с увеличением количества результатов измерений и становится несущественным при большом числе измерений.To use exponential smoothing of the measurement results, the initial value Q 0 of the estimate of the useful component and the smoothing parameter α are determined. Wrong choice of initial conditions can have a significant impact on the result of processing the initial discrete implementation of the measurement results. In practical recommendations on the use of exponential smoothing [Bendat J., Pirsol A. Applied analysis of random data. - M .: Mir, 1989. - 540 p.] It is proposed to choose as the initial value Q 0 either the first value of the measurement results or the arithmetic average of several first members of the measurement results, for example Q 0 = (for 1 + for 2 + for 3 ) / 3. On the other hand, the influence of the initial conditions decreases with an increase in the number of measurement results and becomes insignificant with a large number of measurements.
Признаки устройства-аналога, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: дискретизация сигнала по времени, запоминание цифрового сигнала, представление значений оценки полезной составляющей в виде многочлена от значений исходной дискретной реализации результатов измерений, замена значений исходной реализации результатов измерений сглаженными значениями.The characteristics of the analog device, which coincide with the features of the claimed technical solution, are as follows: time signal discretization, digital signal storing, presentation of useful component evaluation values in the form of a polynomial from the values of the initial discrete implementation of the measurement results, replacement of the values of the initial implementation of the measurement results with smoothed values.
Недостатками известного устройства является следующее:The disadvantages of the known device is the following:
- неопределенность выбора параметра сглаживания α, в отдельных случаях предлагается (необоснованно) определять величину α исходя из объема сглаживаемой реализации: α=2/(n+1);- the uncertainty of the choice of the smoothing parameter α, in some cases it is proposed (unreasonably) to determine the value of α based on the volume of the smoothed implementation: α = 2 / (n + 1);
- неопределенность выбора параметра Q0, что приводит к необоснованности многократного повторного применения способа экспоненциального сглаживания при других значениях α и Q0;- the uncertainty of the choice of the parameter Q 0 , which leads to the groundlessness of repeated re-application of the method of exponential smoothing for other values of α and Q 0 ;
- большая погрешность аппроксимации при обработке сигналов в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения.- a large approximation error during signal processing in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law.
Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем: способ экспоненциального сглаживания не является «самонастраивающимся» способом, поскольку выбор параметров α и Q0 осуществляется субъективно и зависит от опыта и практических навыков исследователя, значения α и Q0 есть функции формы сигнала, шума, объема выборки.The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows: the method of exponential smoothing is not a "self-adjusting" method, since the choice of parameters α and Q 0 is carried out subjectively and depends on the experience and practical skills of the researcher, the values of α and Q 0 are functions of the waveform, noise, sample size.
Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный способ, содержит генератор таковых импульсов, коммутатор, блок управления, регистр хранения, сумматор, блок умножения, выходной регистр хранения оценки полезной составляющей.The structural diagram of a device that implements the considered method comprises a pulse generator, a switch, a control unit, a storage register, an adder, a multiplication unit, an output register for storing the useful component estimate.
Наиболее близким к изобретению является способ выделения тренда путем размножения оценок его единственной исходной реализации (РАЗОЦ) и устройство для его осуществления (патент № 2207622, МПК 7 G06F 17/18).Closest to the invention is a method for highlighting a trend by propagating estimates of its only initial implementation (ROSOTs) and a device for its implementation (patent No. 2207622, IPC 7 G06F 17/18).
Рассматриваемое устройство-прототип предполагает: 1) запоминание входной реализации у1, у2, …, уn; 2) разбиение входной реализации на подинтервалы случайными числами, имеющими равномерный закон распределения; 3) проверку условия, что подинтервалы включают не менее L значений исходной реализации, если условие не выполняется, то заново генерируются случайные числа разбиения; 4) нахождение на каждом подинтервале входной реализации оценок коэффициентов аппроксимирующего полинома a+bti+cti 2 с помощью метода наименьших квадратов; 5) повторение процедур, описанных в пунктах 2-4 К раз; 6) нахождение сглаживающей функции как среднего арифметического "кусочно-квадратичных" аппроксимирующих функций в каждый момент времени.The prototype device under consideration involves: 1) storing the input implementation for 1 , 2 , ..., n ; 2) dividing the input implementation into sub-intervals by random numbers having a uniform distribution law; 3) checking the condition that the sub-intervals include at least L values of the original implementation, if the condition is not met, then random partition numbers are regenerated; 4) finding at each sub-interval of the input implementation the estimates of the coefficients of the approximating polynomial a + bt i + ct i 2 using the least squares method; 5) repetition of the procedures described in paragraphs 2-4 K times; 6) finding the smoothing function as the arithmetic mean of “piecewise quadratic” approximating functions at each moment in time.
Устройство для выделения тренда способом размножения оценок его единственной исходной реализации (РАЗОЦ) содержит блок хранения результатов измерений, коммутаторы, генератор случайных чисел, блок устранения связанных значений, блок ранжирования, регистр хранения выборки случайных чисел, блоки аппроксимации, регистры хранения оценок, арифметическое суммирующее устройство, блок хранения оценки полезной составляющей, генератор тактовых импульсов.A device for highlighting a trend by the method of multiplying estimates of its only initial implementation (ROCC) contains a block for storing measurement results, switches, a random number generator, a block for eliminating related values, a ranking block, a register for storing random numbers, approximation blocks, register for storing estimates, an arithmetic summing device , storage unit estimates useful component, a clock generator.
Недостатками известного устройства-прототипа являются:The disadvantages of the known prototype device are:
- невозможность реализации известного способа РАЗОЦ в реальном масштабе времени;- the impossibility of implementing the known method Razots in real time;
- большая погрешность аппроксимации при обработке сигналов в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения.- a large approximation error during signal processing in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law.
Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем:The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows:
- для использования способа размножения оценок необходимо запоминание всей реализации результатов измерений;- to use the method of propagating estimates, it is necessary to remember the entire implementation of the measurement results;
- наличие постоянной систематической ошибки в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения.- the presence of a constant systematic error in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law.
Предлагаемое устройство для выделения полезного сигнала при одностороннем законе распределения аддитивной шумовой составляющей позволяет компенсировать систематическую погрешность, которая появляется в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения. Упрощенная математическая модель результатов измерений представляется в соответствии с выражением (1). Предлагается рассматривать разбиения исходной дискретной последовательности на интервалы случайной длины. Разбиения формируется путем разбиения промежутка (1, N) случайными числами αj,1, αj,2, …, αj,m-1 на m интервалов:The proposed device for extracting a useful signal with a one-sided distribution law of the additive noise component allows you to compensate for the systematic error that appears in the case of the presence of the additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law. A simplified mathematical model of the measurement results is presented in accordance with expression (1). It is proposed to consider partitions of the original discrete sequence into intervals of random length. Partitions are formed by partitioning the interval (1, N) with random numbers α j, 1 , α j, 2 , ..., α j, m-1 into m intervals:
Δ - случайная длина интервала, - текущее размножение, К - число размножений, m - количество интервалов.Δ is a random length of the interval, is the current breeding, K is the number of breeding, m is the number of intervals.
Процедура разбиения отрезка (1, N} на m интервалов случайной длины повторяется К раз в соответствии со способом РАЗОЦ [Патент № 2207622, МПК 7 G06F 17/18]. В результате получается матрица значений разбиений отрезка (1, N):The procedure for dividing a segment (1, N} into m intervals of random length is repeated K times in accordance with the ROCC method [Patent No. 2207622, IPC 7 G06F 17/18]. As a result, a matrix of values for dividing a segment (1, N) is obtained:
На каждом интервале Δj,k из матрицы (3) с помощью аппроксимации значений исходной дискретной реализации исследуемого процесса квадратичной функцией методом наименьших квадратов получается набор оценок , , . Размножение оценок полезной составляющей осуществляется в соответствии со способом РАЗОЦ, результирующая оценка , , формируется как среднее арифметическое размноженных оценок On each interval Δ j, k from matrix (3), using the approximation of the values of the initial discrete implementation of the process under study by a quadratic least squares function, a set of estimates , , . The reproduction of the estimates of the useful component is carried out in accordance with the Razots method, the resulting estimate , is formed as the arithmetic mean of the multiplied estimates
Определяется разностный процесс между оценкой полезной составляющей и входного сигнала уi, т.е. . Далее определяется минимальное значение разностного процесса, т.е. предполагается, что аддитивного шума (фиг.1а), и осуществляется компенсация оценки полезного сигнала на эту величину, то есть из оценки входного сигнала вычитается минимальное значение разностного процесса (фиг.1б).The difference process is determined. between the evaluation of the useful component and input signal at i , i.e. . Next, the minimum value of the difference process is determined, i.e. it is assumed that additive noise (figa), and the evaluation of the useful signal is compensated by this value, that is, the minimum value of the difference process is subtracted from the input signal estimate (figb).
Устройство для выделения полезного сигнала при одностороннем законе распределения аддитивной шумовой составляющей (фиг.2) содержит блок хранения входной реализации 1, вход которого является информационным входом устройства, к выходу которого подключены входы коммутаторов 2.К, к управляющим входам которых подключен выход блока разбиения на интервалы 3, который содержит генератор случайных чисел 12, распределенных по равномерному закону, выход которого подключен к входу блока устранения связанных значений 13, выход которого подключен ко входу блока ранжирования 14, к выходу которого подключен вход регистра хранения выборки случайных чисел 15, чей выход является информационным выходом блока разбиения на интервалы 3, к выходам коммутаторов 2.К подключены входы блоков аппроксимации 3.К, выходы которых подключены к входам блоков хранения оценки 4.К, выходы которых подключены к входам арифметически суммирующего устройства 5, выход которого подключен к входу блока хранения оценки полезной составляющей 6, выход которого подключен к первому входу блока вычитания 7, ко второму входу которого подключен выход блока хранения входной реализации 1, выход блока вычитания 7 подключен к входу блока хранения 8, выход которого подключен к входу блока нахождения минимального значения 9, выход которого подключен к первому входу блока вычитания 10, к второму входу которого подключен выход блока хранения оценки полезной составляющей 6, выход блока вычитания 10 подключен к входу блока хранения 11, чей выход является информационным выходом устройства, синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов 16.A device for extracting a useful signal with a one-sided distribution law of the additive noise component (Fig. 2) contains an input implementation 1 storage unit, the input of which is the information input of the device, to the output of which the inputs of switches 2.K are connected, to the control inputs of which the output of the splitting unit is connected intervals 3, which contains a random number generator 12 distributed according to a uniform law, the output of which is connected to the input of the unit for eliminating related values 13, the output of which is connected to an ode to ranking block 14, the output of which is connected to the input of the register for storing random numbers 15, whose output is the information output of the interval block 3, to the outputs of switches 2.K the inputs of approximation blocks 3.K are connected, the outputs of which are connected to the inputs of the evaluation storage blocks 4.K, the outputs of which are connected to the inputs of the arithmetically summing device 5, the output of which is connected to the input of the storage unit for estimating the useful component 6, the output of which is connected to the first input of the subtraction unit 7, to the second input to the output of the input implementation storage unit 1 is connected, the output of the subtraction unit 7 is connected to the input of the storage unit 8, the output of which is connected to the input of the minimum value finding unit 9, the output of which is connected to the first input of the subtraction unit 10, the output of the evaluation storage unit is connected to its second input useful component 6, the output of the subtraction unit 10 is connected to the input of the storage unit 11, whose output is the information output of the device, the synchronization of the operation of the device is provided by the clock generator 16.
Устройство для выделения полезного сигнала при одностороннем законе распределения аддитивной шумовой составляющей реализуется следующим образом. Исходная дискретная реализация поступает в каждый из К каналов, где разбивается на m интервалов. Разбиение получается делением на интервалы исходной дискретной реализации случайными числами равномерного закона распределения. На каждом из m интервалов для каждого разбиения производится аппроксимация значений исходной дискретной реализации квадратичной функцией методом наименьших квадратов. Таким образом, определяются К оценок исходной дискретной реализации на каждом из m интервалов для каждого разбиения. Процедура разбиения исходной дискретной реализации на m интервалов случайной длины повторяется К раз в соответствии со способом РАЗОЦ [Патент № 2207622, МПК 7 G06F 17/18]. Результирующая оценка полезной составляющей, определяется как среднее арифметическое по объему размноженных оценок в каждый момент времени. С целью компенсации систематической погрешности, которая появляется в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения, определяется разностный процесс, полученный как разность между оценкой полезной составляющей и входной реализацией. В полученном разностном процессе находится минимальное значение, которое вычитается из оценки полезной составляющей и осуществляется компенсация оценки полезного сигнала на эту величину. Полученные значения поступают на выход устройства.A device for extracting a useful signal with a one-sided distribution law of the additive noise component is implemented as follows. The initial discrete implementation arrives in each of the K channels, where it is divided into m intervals. The division is obtained by dividing the intervals of the original discrete implementation by random numbers of the uniform distribution law. On each of the m intervals for each partition, the values of the initial discrete implementation are approximated by a quadratic function using the least squares method. Thus, K estimates of the initial discrete implementation on each of m intervals for each partition are determined. The procedure for dividing the original discrete implementation into m intervals of random length is repeated K times in accordance with the method of Razots [Patent No. 2207622, IPC 7 G06F 17/18]. The resulting estimate of the useful component is determined as the arithmetic average of the volume of multiplied estimates at each time point. In order to compensate for the systematic error that appears in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law, a difference process is determined, obtained as the difference between the estimation of the useful component and the input implementation. In the resulting difference process, the minimum value is found, which is subtracted from the estimate of the useful component and the estimate of the useful signal is compensated by this value. The obtained values are output to the device.
Устройство для выделения полезного сигнала при одностороннем законе распределения аддитивной шумовой составляющей работает следующим образом. В блок хранения входной реализации 1 записывается исходная дискретная реализация. Блок разбиения на интервалы 3 формирует ранжированные последовательности случайных чисел, распределенных по равномерному закону с устраненными "связками", которые поступают последовательно на управляющие входы коммутаторов 2.К. На полученных интервалах в блоках аппроксимации 3. К производится аппроксимация исходной дискретной реализации квадратичной функцией по методу наименьших квадратов. Результаты аппроксимации записываются в блоки хранения оценки 4.К. В каждом из К каналов значения оценок с выходов блоков 4.К поступают на входы арифметически суммирующего устройства 5, где результирующая оценка полезной составляющей определятся как среднеарифметическое среди оценок, полученных в каждом из К каналов устройства в фиксированные моменты времени. Таким образом, полученная оценка полезной составляющей поступает на вход блока хранения оценки полезной составляющей 6, с выхода которого данные поступают на первый вход блока вычитания 7, в котором находится разность между значениями из блока хранения входной реализации 1 и значениями из блока хранения оценки полезной составляющей 6. Полученный разностный процесс записывается в блок хранения 8, данные с которого поступают в блок нахождения минимального значения 9, где определяется минимальное значение в полученном разностном процессе, которое поступает на первый вход блока вычитания 10, где оно вычитается из каждого значения оценки полезной составляющей, поступающей на второй вход блока вычитания 10 из блока хранения оценки полезной составляющей 6, полученные значения записываются в блок хранения 11, с выхода которого поступают на выход устройства. Синхронность работы устройства обеспечивается генератором тактовых импульсов 16.A device for extracting a useful signal with a one-sided distribution law of the additive noise component works as follows. An input discrete implementation is recorded in the storage block of the input implementation 1. The interval partitioning unit 3 generates ranked sequences of random numbers distributed according to a uniform law with eliminated “bundles” that arrive sequentially at the control inputs of switches 2.K. At the intervals obtained in the approximation blocks 3. K, the initial discrete implementation is approximated by a quadratic function using the least squares method. The approximation results are recorded in the storage blocks of the 4.K. In each of the K channels, the values of the estimates from the outputs of the blocks 4.K go to the inputs of an arithmetically summing device 5, where the resulting estimate of the useful component is determined as the arithmetic average of the estimates obtained in each of the K channels of the device at fixed times. Thus, the obtained useful component estimate is input to the storage unit of the
Технический результат - компенсация систематической погрешности при использовании способа размножения оценок, которая появляется в случае наличия аддитивной шумовой составляющей, имеющей односторонний несимметричный закон распределения, в условиях недостаточной априорной информации о статистических характеристиках аддитивной шумовой составляющей.EFFECT: compensation of systematic error when using the method of multiplying estimates, which appears in the case of the presence of an additive noise component having a one-sided asymmetric distribution law, in conditions of insufficient a priori information about the statistical characteristics of the additive noise component.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007127695/09A RU2368002C2 (en) | 2007-07-19 | 2007-07-19 | Device for separation of useful signal in case of single-sided law of adaptive noise component distribution |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007127695/09A RU2368002C2 (en) | 2007-07-19 | 2007-07-19 | Device for separation of useful signal in case of single-sided law of adaptive noise component distribution |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007127695A RU2007127695A (en) | 2009-01-27 |
RU2368002C2 true RU2368002C2 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=40543615
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007127695/09A RU2368002C2 (en) | 2007-07-19 | 2007-07-19 | Device for separation of useful signal in case of single-sided law of adaptive noise component distribution |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2368002C2 (en) |
-
2007
- 2007-07-19 RU RU2007127695/09A patent/RU2368002C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007127695A (en) | 2009-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2374682C2 (en) | Method for prediction of measurement results and device for its realisation | |
Godsill et al. | Statistical reconstruction and analysis of autoregressive signals in impulsive noise using the Gibbs sampler | |
CN109034491A (en) | A kind of satellite clock correction prediction technique | |
Hill et al. | Quantifying the potential future contribution to global mean sea level from the Filchner–Ronne basin, Antarctica | |
Aydoğdu et al. | Data assimilation using adaptive, non-conservative, moving mesh models | |
RU2368002C2 (en) | Device for separation of useful signal in case of single-sided law of adaptive noise component distribution | |
Moiseev et al. | Asymptotic analysis of the infinite-server queueing system with high-rate semi-Markov arrivals | |
RU2313826C1 (en) | Device for extracting useful signal with liquidation of tear points with usage of estimate multiplication method | |
Selim | Bayesian estimations from the two-parameter bathtub-shaped lifetime distribution based on record values | |
RU2365980C1 (en) | Device for picking up useful signal against background of noise with minimisation of end effects through piecewise multiplication of estimations | |
RU2410750C1 (en) | Apparatus for evaluating performance of scientific research and developmental work | |
CN110489800B (en) | Structural dynamic load sparse identification method based on matrix regularization | |
RU2321053C1 (en) | Serial-parallel device for processing signals | |
RU2393535C1 (en) | Device for processing of signals based on double-criteria method | |
RU2461874C2 (en) | Adaptive two-dimensional method of multiplying estimates and apparatus for realising said method | |
RU2362208C2 (en) | Parallel device for processing signals | |
RU2541919C1 (en) | Method to increase accuracy of approximation during extraction of useful signal under conditions of prior uncertainty and device that implements it | |
RU2406130C1 (en) | Image processing device based on two dimensional estimate multiplication method | |
RU2257610C1 (en) | Method for separating trend using method of sliding trend estimates multiplication of its single source realization and device for realization of said method | |
Czyżak et al. | Pipelined scaling of signed residue numbers with the mixed-radix conversion in the programmable gate array | |
RU2449350C1 (en) | Digital predicting and differentiating device | |
RU2541916C1 (en) | Method to reduce error of evaluation of useful component under conditions of prior uncertainty and device that implements it | |
RU2522043C1 (en) | Device for filtering moving digital images in limited aprior data volume conditions | |
Wang et al. | Computational methods for a class of network models | |
RU2301445C1 (en) | Device for finding and eliminating abnormal measurements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120720 |