RU2803254C1 - Probabilistic device for calculation of variance - Google Patents

Probabilistic device for calculation of variance Download PDF

Info

Publication number
RU2803254C1
RU2803254C1 RU2022132935A RU2022132935A RU2803254C1 RU 2803254 C1 RU2803254 C1 RU 2803254C1 RU 2022132935 A RU2022132935 A RU 2022132935A RU 2022132935 A RU2022132935 A RU 2022132935A RU 2803254 C1 RU2803254 C1 RU 2803254C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
counter
loaded
probabilistic
Prior art date
Application number
RU2022132935A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Евгеньевич Сапожников
Дмитрий Валерьевич Моисеев
Александр Сергеевич Захаров
Елена Валерьевна Скрябина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (г. Севастополь)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (г. Севастополь) filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации (г. Севастополь)
Application granted granted Critical
Publication of RU2803254C1 publication Critical patent/RU2803254C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: automation and computer technology.
SUBSTANCE: invention is aimed at reducing the circuit complexity of the device for calculating the variance of a random signal and real-time processing of the input signal. It is achieved due to the fact that the device contains two D-triggers, four two-input AND gates, a reversible variance counter, a digital comparison circuit, a mathematical expectation counter, a clock pulse generator, a product counter, a counter for the number of statistical tests, a unit for transcription of results and a probabilistic converter.
EFFECT: reducing the circuit complexity of the device for calculating the variance of a random signal and real-time processing of the input signal.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для измерения характеристик случайных процессов в системах автоматического контроля и управления.The invention relates to the field of automation and computer technology and can be used to measure the characteristics of random processes in automatic monitoring and control systems.

Известны устройства аналогичного назначения, построенные на основе специализированных арифметико-логических устройствах, которые состоят из квадраторов, делителей и сумматоров [Порфирьев Г.Н., Барахтин В.М. Устройство для вычисления оценок математического ожидания и дисперсии. AC SU 1280392 А1 опубл. 30.12.1986]. Основными их недостатками являются сравнительно большой аппаратный объем и низкое быстродействие.There are known devices for similar purposes, built on the basis of specialized arithmetic-logical devices, which consist of quadrators, dividers and adders [Porfiryev G.N., Barakhtin V.M. A device for calculating estimates of mathematical expectation and variance. AC SU 1280392 A1 publ. 12/30/1986]. Their main disadvantages are the relatively large hardware volume and low performance.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка устройства для вычисления дисперсии случайного сигнала при вероятностном представлении данных, обладающего малым аппаратным объемом и способностью обрабатывать сигнал в масштабе реального времени.The problem to be solved by the claimed invention is the development of a device for calculating the dispersion of a random signal with a probabilistic representation of data, having a small hardware volume and the ability to process the signal in real time.

Решение технической задачи достигается путем использования вероятностной формы представления данных, в связи с чем изменяется аппаратная реализация основных математических операций.The solution to a technical problem is achieved by using a probabilistic form of data representation, and therefore the hardware implementation of basic mathematical operations changes.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является уменьшение аппаратного объема устройства вычисления дисперсии случайного сигнала и возможности обработки входного сигнала в масштабе реального времени, достигаемым путем замены в прототипе цифровых компараторов, делителей и сумматоров на накопительные двоичные счетчики.The technical result provided by the above set of features is a reduction in the hardware volume of the device for calculating the dispersion of a random signal and the ability to process the input signal in real time, achieved by replacing digital comparators, dividers and adders in the prototype with accumulative binary counters.

Для эргодических стационарных случайных сигналов, квантованных по времени в соответствии с теоремой Котельникова, выражение для оценки дисперсии имеет вид:For ergodic stationary random signals, time quantized in accordance with Kotelnikov’s theorem, the expression for estimating the dispersion has the form:

либоor

где:Where:

X(t) - измеряемый случайный сигнал, представленный в двоичном позиционном коде;X(t) - measured random signal, represented in binary positional code;

N - количество циклов измерения значения случайного сигнала xi.N is the number of cycles of measuring the value of a random signal x i .

K - количество статистических испытаний, необходимых для преобразования в вероятностное отображение у измеряемого значения случайного сигнала xi, представленного в двоичном позиционном коде.K is the number of statistical tests required to convert the measured value of a random signal x i into a probabilistic display, represented in a binary positional code.

В соответствии с выражением (2) для измерения дисперсии случайного сигнала X(t) достаточно осуществить линейное вероятностное преобразование измеряемого случайного сигнала X(t), просуммировать члены вероятностного отображения на интервале измерения и отнести полученное значение к произведению N×K.In accordance with expression (2), to measure the dispersion of a random signal X(t), it is enough to carry out a linear probabilistic transformation of the measured random signal X(t), sum the terms of the probabilistic map over the measurement interval and assign the resulting value to the product N×K.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема вероятностного устройства вычисления дисперсии, где:The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a functional diagram of a probabilistic device for calculating dispersion, where:

1 - вероятностный преобразователь (в качестве которого может быть использован - Моисеев Д.В., Сапожников Н.Е. Преобразователь двоичный код - вероятностное отображение; Пат. 2660831 Российская Федерация, МПК Н03М 7/00 (2006.01) опубл. 10.07.2018 Бюл. №18);1 - probabilistic converter (which can be used - Moiseev D.V., Sapozhnikov N.E. Binary code converter - probabilistic mapping; Patent 2660831 Russian Federation, IPC N03M 7/00 (2006.01) publ. 07/10/2018 Bulletin . No. 18);

2.1 и 2.2 - D-триггеры;2.1 and 2.2 - D-triggers;

3.1 - 3.4 - двухвходовые конъюнкторы;3.1 - 3.4 - two-input connectors;

4 - реверсивный счетчик дисперсии;4 - reverse dispersion counter;

5 - цифровая схема сравнения;5 - digital comparison circuit;

6 - счетчик математического ожидания;6 - mathematical expectation counter;

7 - генератор тактовых импульсов;7 - clock generator;

8 - счетчик произведения N×K;8 - product counter N×K;

9 - счетчик количества статистических испытаний K;9 - counter of the number of statistical tests K;

10 - блок переписи результатов.10 - block of census results.

Процессы в схеме предлагаемого устройства протекают в следующей последовательности. В начале работы значения счетчиков (6) и (8) сбрасываются, после чего начинается выполнение вычисления. На входы вероятностного преобразователя (1) и цифровой схемы сравнения (5) подается измеряемый случайный сигнал X(t). С выхода вероятностного преобразователя (1), тактуемого генератором тактовых импульсов (7), вероятностное отображение Y1(t) подается на первый вход первого двухвходового конъюнктора (3.1), на второй вход которого поступает тот же сигнал - вероятностное отображение Y1(t) с задержкой на один такт, с выхода первого D-триггера (2.1), на выходе первого двухвходового конъюнктора (3.1) формируется произведение Yi(t)& Y1(t-1), которое поступает на первый вход третьего двухвходового конъюнктора (3.3), на второй вход которого поступает сигнал с счетчика произведения N×K (8), который также тактуется генератором тактовых импульсов (7), выход третьего двухвходового конъюнктора (3.3) подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика дисперсии (4), на вычитающий вход которого подается вероятностное отображение квадрата оценки математического ожидания с выхода второго двухвходового конъюнктора (3.2), на первый вход которого подается вероятностное отображение математического ожидания (mx) преобразуемого случайного сигнала X(t) с выхода цифровой схемы сравнения (5), на второй вход которой подается математическое ожидание (mx) преобразуемого случайного сигнала X(t), полученное в результате интегрирования Y1(t) в счетчике mx (6), в который оно поступает через четвертый двухвходовой конъюнктор (3.4), на первый вход которого поступает значение Y1(t) с выхода вероятностного преобразователя (1), а на второй вход поступает сигнал с счетчика произведения N×K (8), на второй вход двухвходового конъюнктора (3.2) поступает сигнал с цифровой схемы сравнения (5) с задержкой на один такт с выхода второго D-триггера (2.2), на выходе второго двухвходового конъюнктора (3.2) формируется значение вероятностное отображения квадрата оценки математического ожидания преобразуемого случайного сигнала X(t), которое поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика дисперсии (4), в котором и формируется значение дисперсии , которое передается в блок переписи результатов после N×K×K тактов, для чего в схеме присутствует счетчик количества статистических испытаний K (9).The processes in the circuit of the proposed device occur in the following sequence. At the start of operation, the values of counters (6) and (8) are reset, after which the calculation begins. The measured random signal X(t) is supplied to the inputs of the probabilistic converter (1) and the digital comparison circuit (5). From the output of the probabilistic converter (1), clocked by the clock pulse generator (7), the probabilistic display Y 1 (t) is fed to the first input of the first two-input connector (3.1), the second input of which receives the same signal - the probabilistic display Y 1 (t) with a delay of one clock cycle, from the output of the first D-flip-flop (2.1), the product Y i (t) & Y 1 (t-1) is formed at the output of the first two-input conjunctor (3.3), which is supplied to the first input of the third two-input conjunctor (3.3 ), the second input of which receives a signal from the N×K product counter (8), which is also clocked by the clock pulse generator (7), the output of the third two-input conjunctor (3.3) is connected to the summing input of the reversible dispersion counter (4), to the subtractive input of which a probabilistic display of the squared estimate of the mathematical expectation is supplied from the output of the second two-input conjunctor (3.2), the first input of which is supplied mathematical expectation (m x ) of the converted random signal X(t), obtained as a result of integration Y 1 (t) in the counter m x (6), into which it enters through the fourth two-input connector (3.4), the first input of which receives the value Y 1 (t) from the output of the probabilistic converter (1), and the second input receives a signal from the product counter N×K (8), the second input of the two-input conjunctor (3.2) receives a signal from the digital comparison circuit (5) with a delay of one clock cycle from the output of the second D-flip-flop (2.2), at the output of the second two-input conjunctor (3.2), a probabilistic value is generated displaying the squared estimate of the mathematical expectation of the converted random signal X(t), which is supplied to the subtractive input of the reversible dispersion counter (4), in which it is formed variance value , which is transmitted to the results census block after N×K×K clock cycles, for which the circuit contains a counter for the number of statistical tests K (9).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства вычисления дисперсии случайного сигнала на основе вероятностного представления информации состоит в уменьшении его аппаратного объема при сохранении точностных характеристик и возможности обработки входного сигнала в реальном масштабе времени.The technical and economic efficiency of the proposed device for calculating the dispersion of a random signal based on the probabilistic representation of information consists in reducing its hardware volume while maintaining the accuracy characteristics and the ability to process the input signal in real time.

Claims (1)

Вероятностное устройство вычисления дисперсии характеризующееся тем, что в состав схемы входят два D-триггера, четыре двухвходовых конъюнктора, реверсивный счетчик дисперсии, цифровая схема сравнения, счетчик математического ожидания, генератор тактовых импульсов, счетчик произведения N×K, счетчик количества статистических испытаний K, блок переписи результатов, вероятностный преобразователь, вход которого является входом всей схемы, на который подается случайный сигнал X(t), вероятностный преобразователь выполняет линейное вероятностное преобразование измеряемого случайного сигнала X(t), на второй вход вероятностного преобразователя поступают синхроимпульсы с генератора тактовых импульсов, выход которого также нагружен на вход счетчика произведения N×K, который выполняет подсчет синхроимпульсов с генератора тактовых импульсов, выход которого нагружен на вход счетчика количества статистических испытаний K, выход которого нагружен на разрешающий вход блока переписи результата выход которого является выходом всей схемы, на информационный вход которого нагружен выход реверсивного счетчика дисперсии, на суммирующий вход которого нагружен выход третьего конъюнктора, на первый вход которого нагружен выход первого конъюнктора, первый вход которого подключен к выходу вероятностного преобразователя, на второй вход которого нагружен выход первого D-триггера, на информационный вход которого также подключен выход вероятностного преобразователя, на второй вход третьего конъюнктора нагружен выход счетчика произведения N×K, на вычитающий вход реверсивного счетчика дисперсии нагружен выход второго двухвходового конъюнктора, на первый вход которого подключен выход цифровой схемы сравнения, на второй вход нагружен выход второго D-триггера, информационный вход которого также подключен к выходу цифровой схемы сравнения, на вход которой нагружен выход счетчика математического ожидания, на вход которого подключен выход четвертого двухвходового конъюнктора, на первый вход которого подключен выход вероятностного преобразователя, на второй вход нагружен выход счетчика произведения N×K, синхронизация всей схемы осуществляется с выхода генератора тактовых импульсов.A probabilistic device for calculating dispersion, characterized by the fact that the circuit includes two D-flip-flops, four two-input connectors, a reversible dispersion counter, a digital comparison circuit, a mathematical expectation counter, a clock pulse generator, a product counter N×K, a counter for the number of statistical tests K, a block census of results, a probabilistic converter, the input of which is the input of the entire circuit, to which a random signal X(t) is supplied, the probabilistic converter performs a linear probabilistic transformation of the measured random signal X(t), the second input of the probabilistic converter receives clock pulses from the clock pulse generator, output which is also loaded to the input of the product counter N×K, which counts clock pulses from the clock pulse generator, the output of which is loaded to the input of the counter for the number of statistical tests K, the output of which is loaded to the enabling input of the result census block, the output of which is the output of the entire circuit, to the information input which the output of the reverse dispersion counter is loaded, the summing input of which is loaded with the output of the third conjunctor, the first input of which is loaded with the output of the first conjunctor, the first input of which is connected to the output of the probabilistic converter, the second input of which is loaded with the output of the first D-trigger, the information input of which is also loaded the output of the probabilistic converter is connected, the output of the N×K product counter is loaded to the second input of the third conjunctor, the output of the second two-input conjunctor is loaded to the subtracting input of the reversible dispersion counter, the first input of which is connected to the output of the digital comparison circuit, the output of the second D-flip-flop is loaded to the second input, the information input of which is also connected to the output of the digital comparison circuit, the input of which is loaded with the output of the mathematical expectation counter, the input of which is connected with the output of the fourth two-input conjunctor, the first input of which is connected with the output of the probabilistic converter, the second input is loaded with the output of the N×K product counter, synchronization the entire circuit is carried out from the output of the clock generator.
RU2022132935A 2022-12-14 Probabilistic device for calculation of variance RU2803254C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2803254C1 true RU2803254C1 (en) 2023-09-11

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2229158C1 (en) * 2002-10-11 2004-05-20 Аванесян Гарри Романович Device for calculating estimation of average of distribution
CN101342083A (en) * 2007-07-12 2009-01-14 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 Method and apparatus for calculating Doppler signal frequency spectrum
US20130006594A1 (en) * 2009-08-24 2013-01-03 International Business Machines Corporation Method for joint modeling of mean and dispersion
WO2019135354A1 (en) * 2018-01-05 2019-07-11 Nttエレクトロニクス株式会社 Calculation circuit
RU2761500C1 (en) * 2021-01-26 2021-12-08 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Probability apparatus for calculating the expected value

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2229158C1 (en) * 2002-10-11 2004-05-20 Аванесян Гарри Романович Device for calculating estimation of average of distribution
CN101342083A (en) * 2007-07-12 2009-01-14 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 Method and apparatus for calculating Doppler signal frequency spectrum
US20130006594A1 (en) * 2009-08-24 2013-01-03 International Business Machines Corporation Method for joint modeling of mean and dispersion
WO2019135354A1 (en) * 2018-01-05 2019-07-11 Nttエレクトロニクス株式会社 Calculation circuit
RU2761500C1 (en) * 2021-01-26 2021-12-08 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации Probability apparatus for calculating the expected value

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107743048B (en) Signal processing system for removing OTDR noise
CN112100910A (en) Power consumption model training method, power consumption testing method and device for processor
CN111291328B (en) Transient event identification method, system and equipment based on fine slope
RU2803254C1 (en) Probabilistic device for calculation of variance
CN103575979B (en) A kind of method of digitized measurement ac frequency
RU198631U1 (en) A device for evaluating the reliability indicators of technical systems based on the results of observations of the moments of failure
RU2761500C1 (en) Probability apparatus for calculating the expected value
RU2506622C1 (en) Method of finding faulty units in discrete dynamic system
RU2771593C1 (en) Probabilistic apparatus for calculating the average total power
CN112924761A (en) Method and controller for pulse waveform uncertainty assessment
CN209841927U (en) Meter source integrated synchronous dynamic distortion power source with trigger
RU63949U1 (en) DEVICE FOR BALANCED ASSESSMENT OF INDICATORS OF RELIABILITY OF TECHNICAL SYSTEM ON THE BASIS OF COMBINING TWO SAMPLES
RU67738U1 (en) DEVICE FOR ASSESSING INDICATORS OF RELIABILITY OF TECHNICAL SYSTEM ON THE BASIS OF COMBINING TWO SAMPLES IN THE PRESENCE OF A DISTURBING PARAMETER
RU229601U1 (en) A device for calculating weighting coefficients of evaluation indicators used to conduct expert assessments
Nallathambi et al. Hardware implementation of adder for pulse signal processing
JPH0465686B2 (en)
RU2642370C1 (en) Device for calculating logarithmic functions
RU2808390C1 (en) Digital sign correlator
RU207467U1 (en) The device for evaluating the reliability of technical systems with the distribution of Weibull uptime
US20240119200A1 (en) Method and system of building characteristic model based on data annealing process
US20220257213A1 (en) Pulse wave velocity measuring method and ultrasound device
JPH02196371A (en) Differential correlator
SU940176A1 (en) Device for determining tationarity intervals of random processes
Wu et al. Radar Signal Modulation Recognition based on 1-D CNN
CN105232087A (en) Ultrasonic elastic imaging real-time processing system