Устройство для адаптивного сглаживания цифровой информации

Устройство для адаптивного сглаживания цифровой информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И C "А НИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

752353

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное н авт. свил-ву (22) Заявлено 2 1. 06.78 (21) 2633669/18-24 (51)M. Кл. с присоединением заявки .% 06 F 15/31

Государственный комитет (23) Приоритет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.07.80. Бюллетень J% 28

Дата опубликования описания 30.07.80 (53) УДК681.14 (088.8) Б. Г. Соколов, A. А. Опришко, И. И. Рабин, Г. М. Кузнецов и Л. А. Афонин (72) Авторы изобретения (?I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ЗЛЯ АДАПТИВНОГО СГЛАЖИВАНИЯ

И1ФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

С,=, /а;() (1) 1

Изобретение относится к цифровой обработке информации и может использоваться в различных отраслях, где необходимо осуществлять сглаживание цифровой информации о нестационарных по математическому ожиданию случайных процессов.

Известно устройство сглаживания циф— ровой информации, реализующее алгоритм, в котором коэффициент сК (коэффициент сглаживания) равен с); 4/2 К I-ge па

IO раметр сглаживания (1(.

Недостаток устройства — большая систематическая ошибка.

Уменьшить систематическую ошибку при сглаживании мОжнО путем адаптивнОГО > 5 изменения коэффициента сглаживания К или параметра сглаживания, т.е. при изменении коэффициентов модели или несоответствии выбранной детерминированной основы фактической коэффициент С) увеличивают (уменьшают коэффициент : ), тем самым увеличивают скорость реакции сглаживающей системы на изменения коэф» фициентов модели. По мере "догона» сглвженным процессом исходного процесса коэффициент сглаживания d снова уменьшают (или увеличивают коэффициент ), обеспечивая тем cBMbIM достаточную степень сглаживания (мвлую дисперсию после сглажи вв ния) .

К тому же, данный способ не позволяет выбрать величину коэффициента сглаживания с1 в каждом конкретном случае, т.е. не дает ответа на вопрос, насколько необходимо изменить величину 4 .

Наиболее близким является устройство (2), реализующее алгоритм сглаживания, в котором следящий сигнал определяется по формуле где величина Д определяется сглвживаI нием величины отклонения сглаженного значения измеряемой функции ; от измеренного Ъ по способу экспоненциаль1 ного сглаживания, т.е, S ck О.+(l-б

Величинами, )характеризует чсоедненное

7 52353 4 та задержки, вход которого является третьим входом устройства.

В предлагаемом алгоритме сглаживания измеряемая функция содержит детерминированную составляющую и случайную.

Случайная составляющая обусловлена ошибками измерения или высокочастотной помехой и в дискретные моменты времени представляет собой независимые случайные величины, распределенные по равномерному или нормальному (в наихудшем .лучае) закону.

Процесс сглаживания эффективен, если сглаженное энеченре исходного сигна- ла равно его математическому ожиданию.

В этом случае вероятность поягления отклонений измеренного сигнала от сглаженного одного знака равно вероятности появления отклонений другого знака. При наличии смвшенности сглаженного значения относительно математического ожида щя, т.е. при наличии систематической ошибки сглаживания, вероятность появления отклонений одного знака становится больше вероятности появления отклонений другого энака, что свидетельствует о необходимости увеличения коэффициенте сглаживания

Ф Поэтому величине а — текущему leo

\ эффициейту сглаживания присваиваем значение равное максимальному значению коэффициента сглаживания, если знаки огклонения сглаженного значения параметра от измеренного в текущий и предыдущий дискретные моменты времени одинаковые,. т.е. р = }, „Ыесли e}ð n(O;} aidan((f;<)yO и величине присваиваем значение, равное минимальному значению коэффициента сглаживания б т,}; если эти знаки разные,т.е, 1 = гоаб если ЫД п(в ;} s ß ï(C}, „) <О

В частном случае g gy=XU = О.

Фактическое значение коэффициента сглаживания в текущий момент времени выбирается как среднее значение p, на некотором интервале, которое характеризует статистику появления отклонений того или иного знака. Удобнее всего для этой цели испольэовать экспонвнциальное сглаотклонение измеряемого процессе от сглаженного и определяется сглеживением по формуле

,(с)=с},„Ie. )+(s-á ) ü (å - А)

Коэффициенты сглаживания Д, „и ф

1 что } (4

Недостатки устройства — повышенная скорость реакции не случайные возмущения и сложность его реализации. Действи- 10 тельно, при определенных случайных выбросах помехи с большой амплитудой числитель в (1), который близок к нулю, изменяется в большее число раз, чем знаменатель, и приблизительно во, столько же 15 реэ изменяется следящий сигнал, е следовательно, и коэффициент сглаживания

Для реализации рассматриваемого устройстве используется устройство сглаживания, реализующее операции елгебраическо- >о го суммирования {с учетом знака) с высокой разрядностью чисел для определения величины g ф) дополнительное устройство сглаживания с высокой р еэря днос тью чисел для определения величины и С} r )C)=pl, 1 I 1 е также сложное устройство деления.

Белью изобретения — упрощение устройстве.

Указанная цель достигается тем, что устройство для адаптивного сглаживания цифровой информации, содержащее компере тор, две блоке сглеж иве ни я, блок и емяти, элемент эедержки, причем первый вход компереторе и первый вход первого блоке сглаживания объединены и являются первым входом устройстве, первый выход яервого блока сглаживания является первым выходом устройства и подключен ко второму входу комператоре, второй выход пер- 4 вого блоке сглаживания является вторым выходом устройстве, вход второго блоке сглаживания является BTopbiM входом устройстве, содержит триггер, элемент эквивалентности, при этом. выход компереторе соединен с информационным входом триггера и первым входом элемента эквивалентности, выход которого соединен с управляющим входом блоке памяти, выход которого соединен с информациош1ым входом второго блока сглаживания, упревляюший выход которого подключен к управляюшему входу первого блока сглаживания и управляюшему входу триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента эквивалентности, второй вход первого блока сглаживания соединен с выходом второго блока сглаживан я, управляющий вход которого подключен к выходу элеменжи ванне

Ot, У;+(4- д где / — коэффициент сглаживания.

На фиг. 1 представлены результаты сглаживания некоторой гипотетической функции, на которую в дискретные моменты времени наложены случайные числа из таблицы случайных чисел, подчиняющиеся нормальному закону распределения и

5 752 имитирующие помеху (кривая 1 на флг. 1), Сглаживание осуществлялось по фор— муле у g+4

2"

Кривая 3 характеризует результаты сглаживания с постоянным коэффициентом сглаживания, равным += 4/2Р, Кривая 4 характеризует результаты сгла- 5 живания по алгоритму, описанному в известном со(4 = сА < = 4 /4, На фиг. 2 представлено устройство для адаптивного сглаживания цифровой информации го

Устройство содержит компаратор 1, первый блок 2 сглаживания. Первый вход компаратора 1 и первый вход устройства

2 сглаживания соединен с источником входного сигнала ) ; (первый вход устройства),5

Выход блока 2 сглаживания соединен со вторым входом компаратора 1, выход которого соединен с информационным входом триггера 3 и с первым входом элемента

4 эквивалентности, второй вход которой соединен с выходом триггера 3, Выход элемента 4 эквивалентности соединен с управляющим входом блока 5 памяти, в котором хранягся допустимые минимальные и максимальные значения коэффициен- 35 та сглаживания Яу,п,0 а ((параметры сглаживания к щцХ ), поступающие на

f информационный вход второго блока 6 сгпаживания. На вход (второй вход устройства) установки коэффициента сглаживания 6, блока 6 сглаживания поступает сигнал, с оответствующий коэффициенту сглаживания . На управляющий вход блока 6 сглаживания поступает сигнал запуска С< (третий вход устройства) через элемент 45

7 задержки. Информационный выход блока 6 сглаживания соединен с соответствующим входом блока 2 сглаживания, с выходов которого снимается сигнал сглаженйого значения (первый выход устрой- 50 ства) у; и сигнал окончания работы С (второй выход устройства). Управляющий выход блока 6 сглаживания соединен с соответствующими входами блока 2 сглаживания и триггера 3. 55

В этом случае на заход блока 6 сглаживания поступает сигнал p, = 0L,„. В ре.зультате значение коэффшиентп сглаживаКривая 2 на фиг. 1 характеризует результаты сглаживания при следующих параметрах

Триггер 3 предназначен для хранения знака предыдущей разницы, т.е. O < . Элеменгом 4 экв:;валентности производится

353 6 сравнение знаков текущей разшппп б ;, поступающей с выхода компаратора 1 и предшествующей 8 ; < . Если знаки совпадают, то с выхода элемента 4 эквивалентности поступает сигнал логической единицы и на выходе блока памяти формируется сигнал, равный максимальному значению коэфф щиента сглаживания Q п < Х, B противном случае на выходе блока памяти будет присутствовать сигнал с „„;„°

Устройство адаптивного сглаживания цифровой информации работает следующим образом.

На выходе триггера присутствует сит нал логической единицы, что соответствует отрицательной разности, т.е.Х; 4< У; .В блоке 5 памяти занесены соответствующие коэффициенты сглаживания 4п„п, с x °

HB выходе блока 2 сглаживания находит-ся сигнал предшествующего сглаженного значения

При подаче на вход устройства текущего значения ),; на выходе компаратора 1 появляется сигнал знака разности (Х;—

-у; ). Допустим, Х,(У; 4, т.е. знаки б совпадают, тогда с выхода элеменга

4 эквивалентности поступает сигнал логической единицы и с блока 5 памяти на блок 6 сглаживания поступает сигнал

P =0L ä „Вместе с информационным сигнагпа лом на вход устройства поступает управляющий сигнал запуска „который с задержкой времени поступает на блок 6 сглаживания и запускает его. После окончания работы блока 6 сглаживания с его выхода формируется сигнал, которым заносится знак разности в триггер 3 и запускается блок 2 сглаживания. Сглаживание текущей информации производится с новым коэффициентом сглаживания ф,, I

Коэффициент ; увеличивается на каждом шаге измерения до тех пор, пока на выходе элемента 4 эквивалентности присутствует сигнал логической единицы, т.е.

sian(d,) Rig (d „) > 0 или пока Ф, не станет равным б т аХ.

Аналогично осуществляется работа усчройства адаптивного сглаживания, если

Ь gn(d,) Ь gr(®.,„) «

7 7523 ния ф,; уменьшается. Его предельное значение равно О ; - д„

Темп изменения коэффициента сглаживания . ; на каждом шаге измерения зависах от коэффициента сглаживания ф < который предварительно устанавливается сигналом f на блоке 6 сглаживания.

Формула изобретения g

Устройство для адаптивного сглаживания цифровой. информации, содержащее ком-, паратор, две блока сглаживания, блок памяти, элемент задержки, причем первый 1з вход компаратора и первый вход первого блока сглаживания объединены и являются первым входом устройства, первый выход первого блока сглаживания является первым выходом устройства и подключен ко ро второму входу компаратора, второй выход первого блока сглаживания является вторым выходом устройства, вход второго блока сглаживания является вторым входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит триггер, элемент эквивалент53 ности, при этом выход компаратора соединен с информационным входом триггера и первым входом элемента эквивалентности, выход которого соединен с управляющим входом блока памяти, выход которого соединен с ..информационным входом второго блока сглаживания, управляющий выход которого подключен к управляющему входу первого блока сглаживания и управляющему входу триггера, выход которого соединен со вторым входом элемента эквивалентности, второй вход первого бло» ка сглаживания соединен с выходом .второго блока сглаживания, управлпощий вход которого подключен к выходу элемента задержки, вход которого является третьим входом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по по заявке К 2551371/3 8-24, кл Я 06 F 15/34, 1977.

2 Чуев Ю. В. Прогнозирование количественных характеристик процессов. М., "Советское радио", 1975, с. 197-198 (прототип) .. 752353

Составитель А. Баранов

Редактор М. Ликович Техред Н. Барадулина Корректор Н. Григорук

Заказ 47 50/9 Тираж 751 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаа наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4