SU959093A1 - Устройство дл вычислени текущей оценки среднего значени - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТЕКУЩЕЙ ОЦЕНКИ . СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ

.Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано дл  аппаратурного анализа случайных процессов , в системах сбора и обработки информации..

f

Известно устройство дл  вычислени  текущей оценки среднего значени , содержащее аналого-цифровой .преобразователь , арифметический блок, ре-: гистр, реверсивный и двоичный счетчики , запоминающий блок и блок управлени  иЗ.

Недостатками данного устройства  вл ютс  большиэ аппаратурные затраты и сложность процесса вычислени  средней величины.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство дл  вычислени  текущей оценки среднего значени , содержащее пер- . Ый, второй, третий ичетвертый элементы И, выходы которогоподключены к соответствующим входам первого и второго реверсивных счетчиков, преобразователь код-напр жение, выход которого , соединен с входом компаратора, блок управлени , генератор тактовой частоты 2.

Недостатком данного устройства  вл етс  ограниченный диапазон входного сигнала 0, что обуславливаетс  реализуемым алгоритмом (1) .Установлено (с помощью ЭВМ), что Р - весовые коэффициенты (выбираемых из услови  минимального смещени  вычисл емого среднего от истинного значени  математического ожидани ) наход тс 

to в зависимости от 0, т.е.  влвпотс  функцией 0 «f (Оу). Таким образом, набор весовых коэффициентов Р,- удовлетвор ет вполне определенному диапазону D входного сигнала Х. Причем

15 данный-диапазон достаточно узкий. При нарушении услови  0 )(I(€ где t - допустимое (с точки зрени  смещени  вычисл емого среднего от истинного значени ) изменение оезко

20 возрастает погрешность вычислени  среднего значени  Х . С увелич ением 0 возрастает сложность подбора весовых коэффициентов Р.

и, начина  с некоторых значений D, становитс  не25 возможным указанный подбор , что

Р.и определ ет недостаток данного уст йства и ограничивает область его применени .

Цель изобретени  - расширение диа30 пазона исследуемого сигнала.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в устройство дл  вычислени  теку щей оценки среднего значени , содержащее компаратор, первый вход которого подключен к выходу преобразовател  код-напр жение, входы которого соединены с выходами первого реверсивного счетчика, входы сложени  и вычитани  Kofoporo подключены соответственно к выходам .первого и второго элементов И, первый вход первого э/ емента И объединен с первым входом третьего элемента И ц соединен с первым выходом компаратора, второй выход которого подключенк первым входам второго и четвертого элементов И, выходы тре,тьего ичетвертого элементов И подключены к входам слог, жени  и вычитани  второго реверсивного счетчика, выход генератора импульсов соединен с вторым)и входами первого и второго элементов И и с первым входом блока управлени , состо щего из первого счетчика, выходы которого подключены к соответствующим входам дешифратора, выходы кото . рого соединены с первыми входами эле ментов И, вторые входы которых/ кро-ме последнего, подключены к соответствующим выходам второго счетчика, второй вход последнего элемента И объединен с входом второго счетчика и  вл етс  первым входом блока управлени , выходы элементов И соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  выходом блока управлени , вход первого счетчика  вл етс  вторым входом блока управлени , выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого -элементов И, введены ключ, запомИнаю111ий элемент н дополнительный элемент И, при этом тактовый вход первого реверсивного счетчика объединен с первым входом ключа, с вторым входом блока управлени  и подключен к выходу дополнительного элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами.компаратора, второй вход которого подключен к выходу запомиHaiotsero элемента, вход которого соединен с выходом ключа, вход которого  вл етс  входом устройства.

На чертеже представлена структур ,riap схема устройства,

Устройство содержит ключ 1, первый реверсивный счетчик 2, блок 3 управлени , дополнительный элемент И 4, , .запоминающий элемент 5, компаратор 6 преобразователь 7 код-напр жение, первый и второй элементы И 8, 9, второй реверсивный счетчик10, третий и четвертый элементы И Г1, 12,- генератор

13тактовой частоты.

Блок управлени  содержит первый

14и второй 15 счетчики, дешифратор

16, И элементов1 И ,, элемент

или 18, при этом выходы первого счетчика 14 подключены к соответствующим входам дешнфратора 16, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И ., выходы которых подключены ко входам элемента ИЛИ 18, выход которого  вл етс  выходом блока 3 управлени . Вход второго счетчика 15 объединен с вторым входом пто элемента И 17 п и  вл етс  первым входом блока 3 управлени . Выходы второго счетчика 15 подключены соответственно к вторым входам (п-1) элементов И .. , вход первого счетчика 14  вл етс  вгорый входом блока управлени .

Алгоритм, по которому производитс  вычисление оценки среднего значени  случайного процесса, описываетс  следующим рекурентным соотношением

- X,.,-ь P/s.piXv-x..). (1)

где X. - оценкасреднего значени  случайного процесса на (1-1) хакте вычислени  X. - значение случайного процесса на I-ом такте;

sie-n--h 0

I-; 1, если о ;

- набор весовых .коэффициентов,

выбираемых из УСЛОВИЯ Минимум (2)

где .- истинное значение математического ожидани .

Дп  случайных процессов с известными законами изменени  достаточно легко (с помощью ЭВМ) подбираютс  весовые коэффициенты Р- , которые обеспечивают выполнение услови  (2). Путем моделировани  на ЭВМ применительно к алгоритму (1) получен р д значений Р- дл  наиболее часто встречающихс  законов изменени  случайных процессов.. Вычисление оценки среднего значени  при использовании весовых коэффициентов Р; (как показали расчеты с помощью ЭВМ) позвол ет увеличить точность и скорость вычисленр  дл  больших диапазонов изменени  вход:(ного сигнала Х .

Перепишем (1) в виде непрерывной суммы членов р да , ,

- |/iStrH(x,--x,..,)

Устройство, реализующее данный алгоритм, работает следующим образом .

Исходно реверсивные счетчики 2, 10 наход тс  в нулевом состо нии, а в счетчике 14 блока 3 управлени  записана единица. Сигнал на выходе преобразовател  7 код - напр жение равен нулю. В некоторый момент времени производитс  начальный 3gпуск устройства. При этом ключ 1 открываетсй на врем , необходимое дл  запоминани  входного сигнала U(t,j), запоминающим элементом 5, Цепь начального пуска на чертеже условно не показана. При по влении сигнала U)«(t; ) на втором входе компаратора 6 (выполн етс  условие UyXt;;)- Up на первом выходе формируетс  сигнал, который открывает элементы 8, 11. Состо ние счетчика 14 блока 3 управлени  анализируетс  де-п шифратором 16. В общем случае дешифратор 16. открывает элемент или группу элементов flT -17,J в соответствии с кодом,записанным в счетчике 14. На первом шаге весовой коэффициент Р 1. В исходном состо нии дешифратор 16 открывает элемент И 17 п. Импульсна  последовательность с выхода тактового генератора 13 поступает на вторые элементы И 8, 9 непосредственно,а на вторые входы Элементов И 11, 12-через элемент ИЛИ 18 и элемент И 17 п. В первьлй цикл работы устройства с«генератора 13 и блока 3 управлени  через открытые элементы И 8 и 11 на входы сложени  реверсивных счетчиков поступает импульсна  последовательность с одинаковой частотой f. На выходе преобразовател  7 код - напр  жение формируетс  сигнал, пропорциональный коду в счетчике 2. При равенстве сигналов U() и UOP компаратор 6 снимает разрешающий сигнал с первого выхода и закрывает элементы И 8 и 11. В реверсивных счетчиках 2 и IP сформированы коды 11 и 21, равные между собой и пропорциональные исследуемому сигналу ). В момент равенства сигналов U() и )д„ на первом и втором выходах компаратора 6 устанавливаютс  равные логические уровни. При, этом срабатывает элемент И 4, на выходе КОТОРОГО формируетс  сигнал, поступающий на счетный вход счетчика 14 блока 3 управлени , увеличива  его содержимое на единицу. Одновременно данным сигналом осуществл етс  перепись содержимого счетчика 10 в счетчике 2, а также открываетс  ключ 1. В запоминающем элементе 5 фиксиру етс  очередное значение исследуемого сигнала. Если исследуемый сигнал UjjCt j) изменилс  в любую.из сторон, то вновь срабатывает компаратор 6 и зависимости от знака изменени  Ux(t вырабатывает разрешающий сигнал на первом выходе, что соответствует по ложительному приращению U(t{), либо на втором выходе, что -соответствует отрицательному приращению Uj(t). Импульсна  последовательность f с выхода тактового генератора 13 дЬступает на вход счётчика 15 блока 3 управлени . На выходах последнего формируютс  частотные дискреты fо 2 f O-Z f . f 9- т f ( Ч Тд- f. , Тр /,..., о fp. 0,25; 0,125,..., что дает возможность формировать любой коэффициент с заданной точностью, т.е . в общем виде значение весового коэффициента на 1-ом шаге определ етс  в виде . VI,. . где а; - коэффициенты, равные соответственно 1 дл  группы . открытых элементов И i7f и О - дл  закрытых. Второй весовой коэффициент Ej равен О,5,при этом дешифратор 16 блока 3 управлени  открывает элемент 17, , на второй вход которого поступает импульсна  последовательность с частотой ffl - 0,5. Если очередное значение исследуемого сигнала меньше предыдущего, to данна  частотна  дискрета поступает через открытый элемент И 12 на вычитающий вход реверсивного счетчика 10. На вычитающий вход счетчика 2 поступает частота f. В момент уравновешивани  ) сигналом с выхода преобразовател  код - напр жение 7, в реверсивном счетчике 10 зафиксирован , код г «а- -0,5-fo дт, : (3) где йТ 1/f (. . Подставл   выражение дл дТ в (3) получим V )- (4) Из последнего ёыражени  видно, что в реверсивном счетчике зафиксирован код N,j.a равный среднему арифметическому двух значений сигналов U)t(t) h ). В момент уравновешивани  сигнала UxCt.) сигналом с ПКН7 вновь срабатывает элемент И 4 и импульсы, формируемые На его-выходе, обеспечивают занесение очередной единицы в счетчик 14 блока 3 управлени , перепись содержимого счетчика 10 в счетчик 2, а также срабатывание ключа 1, При этом новое значение анализируемого сигнала ) фиксируетс  в запоминающем элементе 5. К мьменту 2-f-ro уравновешивани  код N,j. в реверсивном счетчике 10 описываетс  выражением N,.-..i)s,- р.ы,..), где Ng(l-l) - код в реверсивном счетчике 10 в (1-1) такт уравновешивани ; 4i реверсивном счетчике 2Si -ый такт урав . новешивани , ; Р - текущее значение весо , вого коэффициента, 5tov,, Na5iH) l-i,eCAMN,.,j..,

. В отличие от прототипа в устройстве дл  вычислени  текущей оценки среднего значени  используетс  гшгоритм ( 1) который обеспечивает большую эффективность вычислени  с увеличением диапазона изменени  исследуеМОго сигнала. Положительный эффект достигаетс  без усложнени  узла формировани  весовых коэффициентов и практически всего устройства в целом.

Устройство дл  вычислени  текущей оценки среднего значени  случайных процессов и сигналов обеспечивает больошй эффект по сравнению с известными устройствами, так как увеличен диапазон изменени  входного сигнала без снижени  скорости и эффективности вычислени  текущей оценки среднего значени . Область применени  устройства значительно шире, чем у прототипа .

Claims (1)

1.Авторское свидетельство СССР . 619924, кл. G Об F 15/36, 1975.

2,Авторское свидетельство СССР по за вке 2895083/18-24

кл. G 06 F 15/36, 1979 (прототип).