Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники. Цель изобретения - повышение быстродействия. Для достиже -- ..j ния цели в схему устройства-прототипа введены спецвычитатель, п групп вычитателей и блок элементов И. Изобретение может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической , метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолшаи других подобных им функций, в.различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повышенной надежности . 6 ил. I О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (. )1) 4 G 06 F 15/353 15/332

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц ::;.."""

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3739356/24-24 (22) 07.05.84 (46) 07.04.86. Бюл. N- 13 (72) Л.С.Хуршудян (53) 681 ° 32 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 371442, кл. G 06 F 15/36, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 278227, кл. G 06 F 15/36, 1970. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПО

СКОЛЬЗЯЩЕЙ ВЫБОРКЕ (57) Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники. Цель изобретения — повышение быстродействия. Для достижения цели в схему устройства-прототипа введены спецвычитатель, и групп вычитателей и блок элементов И. Изобретение может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статической структуры потока ионизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортогональными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и других подобных им функций, в,различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повышенной надежности. 6 ил.

1 1223250 2

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для экспресс-анализа статистической структуры потока йонизирующего излучения, при решении задач технической, геофизической, метеорологической и медицинской диагностики, в системах передачи дискретных сообщений ортого нальными многочленами в базисе усеченных функций Хаара, Уолша и других подобных им функций, в различных цифровых устройствах анализа, сжатия и синтеза сигналов повьппенной надежности.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства на фиг.2

5 — функциональные схемы блока элементов И для случаев вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего, сглаживания по методу интерированных усреднений при M=7, сглаживания оператором Хэмминга (М=З) и вычисления экспоненциально взвешенного скользящего среднего при М=4, на фиг. 6 — блок-схема устройства в режиме вычисления-формирования коэффициентов разложения Хаара при М=2 .

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке (фиг. 1) содержит преобразователь 1 код-частота, информации, блок 2 элементов И, M счетчиков 3-1, 3-2,..., 3-(M-1), 3-M (где M — - .. объем скользящей выборки), блок 4 управления, генератор 5 тактовых импульсов, регистр 6, вход 7 запуска устройства, выход 8 окончания преобразования, выход 9 синхронизации и информационный выход 10 блока 1, выход 11 синхронизации устройства М информационных выходов

12-1, 12-2,..., 12-(M-1), 12-М блока

4, вход 13 синхронизации, блока 1, M выходов 14-1, 14-2,..., 14-j, 14. (M-1), 14-M блока 2, счетчик 15 (по модулю M), элементы 16-1, 162,..., 16-(M-1) и 16-М задержки, элементы И 17 вЂ,19.

35

S0

При этом блок 2 в случае вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего может быть выполнен в виде (фиг. 2) элементов И 20-1, 20-2,..., 20-М, в случае сглаживания

5

20 результатов измерений по методу интерированных усреднений, например, при M=7 — в виде (фиг. 3) первого элемента И 21, первого 22 и второго

23 триггеров, второго элемента И 24 и элемента И-НЕ 25, в случае сглаживания результатов измерений оператором Хэмминга, например, при М=З— в виде (фиг. 4) синхронного триггера

26 и элемента И 27, в случае экспоненциально взвешенного сглаживания результатов измерений, например, при M=4 — в виде (фиг. 5) трех каскадно включенных умножителей, каждый из которых содержит по одному счетчику 28-1, 28-3 по модулю 4 и по одному элементу 28-4, 28-6 запрета соответственно.

Устройство для выполнения Ортогонального преобразования по Хййру для случая M=2 и соответственно для

)1=3 дополнительно содержит по (2 -1

-1)=3 вычитателя 29-30, 31-32,33-34, первая группа вычитателей содержит три основных вычитателя 35 — 37 и один дополнительный 38, вторая группа вычитателей содержит один основной вычитатель 39, дополнительный вычитатель 40, третья группа вычитателей не содержит (2 -1=0)основных вычитателей и содержит лишь один дополнительный вычитатель 41. Разрядные выходы 42 являются информационными выходами устройства нулевого порядка, т.е. на них выставляется знанекие коэффициента q(OO) =P_#_((i J)T) разложения по Хаару, выхбд 43 является информационным выходом первого порядка, на котором выставляется значение коэффициента 0,542 д (1,1) =

8 4

g(О,1) = —,Г Х ((i-jП1+ <) (-7)T

J=S,) =1

Выходы 44 и 45 вычитателей второй группы являются информационными выходами устройства 2-ro порядка, на которых выставляются соответственно значения коэффициента 0,5 )Г2 (1,1)це

8 6

= к((;- j) Т) -/ et(i -3)Tj и коэффициента

J-7 3=5

4 2 ..051 2.й (12) = х((-j»1- х(()-)) Т).;

55 .) - 1

Выходы 46 — 49 вычитателей третьеи группы являются информационными выходами устройства третьего порядка, 1223250 4

55 на которых выставляются соответственно значения коэффициентов

О, 5 Г2 сл (2, 1) =х ((i-8) Т)-х ((i 7) Т)

0,5Q о (2,2) =х f (i-6) T7-x ((i-5) T j; .0,542 с (2,3) =х t (i-4) T) -х ((i-3) Т);

0,542 а(2,4) =х P(i-2) Tl-x t (i-1) Т), где x(i, Т) — значение входного кода в момент времени, Т (i=M+1,М+2,...)

Т вЂ” интервал дискретизации.

Устройство для статистической обработки результатов измерений по скользящей выборке работает следующим образом.

Переключение устройства в режим регистрации осуществляется путем подачи на вход 7 сигнала (уровня).

"Лог 1" (положительная логика). При этом собственно процесс измерения скользящего среднего начинается с момента начала выработки на частном информационном выходе 10 блока 1 последовательного число-импульсного кода, в наперед известном масштабе отображающего дискретное значение регистрируемого процесса. Причем в какой бы форме не поступали в блок 1 результаты измерения случайной функции: в виде интервалов времени между двумя случайными импульсами, заполняемых (интервалы) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде амплитудного значения сигнала, промеряемого также (после обычного.преобразования амплитуда — время) в блоке 1 импульсами генератора 5; в виде параллельного двоичного кода, преобразуемого по методике код-частота, на счетный вход 10 блока 2 будут постуйать импульсы, количество которых в заданном масштабе каждый раз будет отображать значение дискреты x(i,Т) .

В то же время по окончании преобразования каждого текущего результата измерений x(i, Т) в соответствующий число-импульсный код блоком

1 на своем выходе 8 выставляется импульс "Лог 1", который в качестве поинтервального синхроимпульса поступает на одноименный вход блока 4 управления. По срезу поинтервального синхроимпульса, т.е. при переходе этого импульса из состояния "Лог 1" в "Лог О", счетчик 15 по модулю M в начальный период поступления и обработки первых (М-1) результатов измерений последовательно увеличивает свои показания вплоть до установки

50 уровня "Лог. 1" Hà его старшем по весу разрядном выходе Р . В. результате сигнал переноса со старшего по весу разрядного выхода P счетчика 15, с одной стороны, деблокирует элемент И 17 блока 4, а с другой — запирает по входу элемент И 18. Тем самым фиксируется (защелкивается) данное состояние счетчика 15, которое вплоть до поступления на вход 7 сигнала "Лог. О" остается неизменным до окончания всего процесса обработки результатов измерений либо до момента очередного нарушения стационарности режима его работы (в случае использования предлагаемого устройства в качестве датчика случайных чисел.

Вместе с этим при каждом поступлении в блок 4 синхроимпульса он поступает также на вход элемента 16-M задержки и, последовательно распространяясь через все элементы 16-j задержки формирует на соответствующих информационных выходах 12-j блока 4 задержанные один относительно другого управляющие сигналы для соответствующих счетчиков 3-j информации. В результате содержимое каждого счетчика j-1 ()=1, 2,..., М) информации переписывается в j-й счет. чик информации. При этом синхроимпульс "Лог. 1", каждый раз достигая первый элемент 16-1 задержки, с его выхода блокирует по входу элемент И

19. Последний в этом случае формирует на первом информационном выходе блока 4 импульс "Лог. 0", который обнуляет первый счетчик 3-1 информации и одновременно в качестве командного импульса начала регистрации следующего результата измерения исследуемого процесса поступает на выход 12.

Таким образом, по истечении статистической обработки первых (M-1) результатов измерений исследуемого процесса показания S„ j-го по порядковому номеру (рангу) счетчика 3-j информации в момент окончания регистрации число-импульсного кода каждого очередного результата измерения x(i, Т) составляют величину

j-1

S =) b(j t)х ((i-t)T), (5)

t=o где b(>-g)- весовые коэффициенты соотг ветствующих j õ счетчи1223250 ков-накопителей информации (О t ((j-1);

j = 1, 2,..., И, причем b(j-t) 0

В частности, при вычислении равномерно взвешенного скользящего среднего (среднеарифметического значения последних M результатов измерений) значения весовых коэффициентов Ь| . для всех счетчиков-накопителей информации одинаковы и блок 2 в этом случае может быть выполнен таким образом (фиг. 2), что элементы И 20-j выполняют функции умножения сигналов с частотного информационного выхода

10 блока 1.

В случае сглаживания результатов измерений по методу интерированных усреднений, например при И=7, т.е. 20 когда сглаживание производят по разностному соотношению

S = †(x(i,Т)+2х ((i-1)Т)+Зх ((1-2)Т)+

+4х ((— 3)T)+3x I(i-4)Т)+2х ((i-5)Т) + 25

+x P(i-6) Т )), (а) блок 2 мажет быть выполнен согласно фиг. 3. При таком сглаживании, равносильном выполнению сначала операции вычисления равномерно взвешенного скользящего среднего для каждых четырех результатов измерений, а затем вычислению такого же скользящего среднего по полученным ранее скользящим средним, весовые коэффициенты

Ь =Ь =1 Ь =b =2 и Ь =b =3 симмет7 1 6 Ь рично (относительно центрального

4-го счетчика-накопителя информации) расположенных счетчиков равны между собой (фиг. 3). Тогда, имея в виду, что нормированное значение Ъ весоЦ вого коэффициента для центрального

4-го счетчика информации в блоке 2 (фиг. 3) принимается равным Ь =1, / соответственно для нормированных значений остальных коэффициентов имеем

Ъ =Ь =1/4 Ъ =Ь =2/4 b =Ъ =3/4.

7 2 3 5

Указанную нормировку, т.е. деление на 4, на 2 и на 3/4, производят соответствующие узлы блока 3 (фиг.3)

В результате (по истечении статистической обработки первых М-1 резуль- . татов измерений) с каждым поступлеl55 нием очередного нового результата из- мерения x(i,Т) показания S„ последнего М-ro счетчика отображают значение интерированной суммы для семи последних результатев измерений исследуемого процесса, которое (S„) сигналом "Лог. 1" на входе 11 заносится в регистр 6.

В случае сглаживания при М=З результатов измерений оператором Хэмминга блок 2(фиг. 4) содержит один синхронный триггер 26, осуществляющий нормировку по mod 2 весовых коэффициентов 1- и 3-го счетчиков, и один умножитель 27. В остальном устройство функционирует аналогично.

Экспоненциальное сглаживание ре-, зультатов измерений в устройстве осуществляется непосредственно по определяющему такой тип сглаживания рекуррентному соотношению

Y(i,Т)=с (1-с() х p(i-j)T), (7) где с =1/M — постоянная сглаживания.

Действительно, сопоставляя последнее соотношение с разностным управлением, описывающим алгоритм функционирования предлагаемого устройства, нетрудно видеть, что нормированные весовые коэффициенты (в этом случае согласно определению экспоненциального сглаживания) должны убывать (при убывании ранга j от М до 1) по геометрической прогрессии.

Это требование обеспечивает блок 2, который в случае M=4 и для (1-0)=

=3/4 может быть выполнен согласно фиг. 5, Устройство при осуществлении ортогонального преобразования по Хаару работает следующим образом.

Число-импульсные коды отсчетов

x(i T7 последовательно с периодом Т регистрируются в счетчиках 3-j no рассмотренному вьппе алгоритму функционирования для случая вйчисления равномерно взвешенного скользящего среднего, т.е. для случая, когда все весовые коэффициенты Ъ для разJ ностного уравнения равны единице,а блок 2 выполнен согласно фиг. 2.

Для рассматриваемого (фиг ° 6) в качестве примера случая вычисления восьми коэффициентов усеченной функции Хаара (И=2 =8; и =3) показания всех 3j -х счетчиков. с момента времени t=2 -T=8T представляют (j=1,.

t}

2,...,8) скользящие частичные суммы временной последовательности отсчетов согласно разностному управлению.

1223250

При этом на разрядных выходах 42 восьмого (под (13-8) счетчика-накопителя информации автоматически выставляется значение коэффициента

4(0,0) Хаара нулевого порядка, а на информационном выходе 43 вычитателя

41 третьей группы (фиг. 6) — значение коэффициента о((0,1). В то же время на информационных выходах 49 и 45 (дополнительных) вычитателей 38 и 40 соответственно также автоматически выставляются значения 0,5Г2 ()(2,4) и 0,5(/2 (1,2). Первые входы вычита- телей 38, 40 и 41 при их соединении с разрядными выходами соответствующих счетчиков сдвинуты на один разряд влево (в сторону старших разрядов). Благодаря этому, т.е. комбинационному выполнению операции умножения на 2, обеспечивается получение надлежащих значений 0,5 t2 4 (2,4) и 0,5 42 a(1 2).

В то же время на выходах нечетных

29-, 31- и 33-го вычитателей соответственно выставлены величины з 2

5 з т<((),))Т) «((< P)T)=X((I 3)T) ,7 = 1 j-1

s,,-2 ((-))Т)-Е (< — )Т)=х((-ЯТ);

5„= х((i-))Т) ((-))77=) (()-1)Т), J=1

1 равные последним трем нечетным отсчетам регистрируемого процесса.Вместе с этим на выходах четных 30-,32и 34-ro вычитателей соответственно выставлены следующие величины:

S„=x f(i-4) Т) -х f(i-3) Т2

S =х ((-6) Т) -х ((-5) Т(;

8 „=х f(i-8) Т 7 -х f(i-7) Т (;

В результате на выходах 46, 47 и 48 вычитателей 37, 36 и 35 первой группы соответственно выставлены значения коэффициентов третьего порядка

0,5 Г2.а(2,1) =S>< -2S>> =х(-(i — 8)Т)— x f(i-7)T);

0,5/2а(2,2)=Яз -2$ „=х((2-6)Т)— — х ((i-5)Tj;

0,5 /2 а(2, 3) =S 2S„=х ((i-4) Т (-(х (i-3)T)

Одновременно с этим на выходе 44 вычитателя 39 второй группы выставлен коэффициент второго порядка

<(0,512 с((1,17 =S Я ° ((;-,))()— ь .) -7

-, I< -))Т), 5

) Ь в формировании которого при реализуемом здесь алгоритме уже не участвуют ни вычитатели третьей группы, ни нечетные вычитатели. Кроме того., в

1О соответствии с хааровским процессом сдвига и сжатия в формировании коэффициентов каждой следующей i-й группы, начиная с 2-й группы вычитателей, не участвует мпадший по номеру (основной) вычитатель (i 1)-й группы (в данном случае для 2-й группы 35-й вычитатель, а для 3-й группы

39-й вь)читатель).

Формула изобретения

Устройство для статистической обработки результатов измеренИй по скользящей выборке, содержащее гене2 ратор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу синхронизации преобразователя код-частота, блок управления, M счетчиков (где М— объем вводной выборки) и регистр, информационный выход которого является информационным входом устройст1 ва, отличающее ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок элементов И

П-1

2 (2 -1) вычитатель (п=1оя М) и и. . 2 групп вычитателей, причем i-я (i-=1п) группа содержит 2 вычитателей, при этом информационный выход синхронизации преобразователя код-частота

4О информации подключен соответственно к индукционному и управляющему входам блока элементов И, j-й (j=1,M) выход которого подключен к счетному вводу j ãî счетчика, информацион4> ный выход (< -го (K=1, М-1) счетчика подключен к информационному вводу (К+1)-го счетчика, а индукционный ! выход М-ro счетчика подключен к информационному входу регистра, первый и второй входы 2" -го вычитателя

i-й группы подключены к информационным выходам соответственно 2 -ro

I и 2 -го счетчиков, информационный выход j -ro (j =2m, m = 1,2" ) счетчика подключен к первым входам j -го и (— ))П и (j -1)-го вычитателей, вторые вводы которых подключены к информационным выводам соответственно (j„+1)-го и (j„+2)-го счетчиков, выходы j -го и

° Ф

9 12 (j -1)-го вычитателей подключены со т ответственно к первому и второму вхоpaM j. -го и (j -1)-ro вычитателя первой групйы,выходы j -ro и (j +1)-ro (j =j ф ф2; t=1,2...) вычитателей первой группы подключены соответственно к первому и второму входам j -го вычитателя

9 второй группы, выход E-ro (2=2,4...) и (9+1)-го вычитателей Р-й (8=2, -1) группы подключены соответственно к первому и второму входам (1/2)-ro вычитателя (р+1)-й группы, выходы вычитателей i-й группы являются группой информационных выходов (и-i+1)го порядка устройства, а.информационный выход M-го счетчика является информационным выводом нулевого порядка устройства, причем блок управления содержит M элементов задержки, три элемента И и счетчик, выход переноса которого подключен к первому входу первого элемента И, первому входу

23250 10 второго элемента И, выход которого подключен к установочному входу регистра, выход окончания преобразова-. ния преобразователя код-частота подключен к вторым входам первого и второго элементов И и входу первого элемента задержки, выход r-го (г=!,M-1) элемента задержки подключен к установочному входу (M-i+1)-го счетчика и входу (r+1)-го элемента задержки, выход

M-го элемента задержки подключен к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к входу сброса первого счетчика, вход запуска преобразователя код-частота является входом запуска устройства и соединен с вторым входом третьего элемента И и входом сброса счетчика блока управления, а выход первого элемента И подключен к счетному входу счетчика блока управления.

1223250

1223250 Ъг.б

Составитель А.Баранов

Редактор В.Петраш Техред И.Бонкало Корректор В.Бутяга

Заказ 1716/53 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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