Статистический анализатор

В.В.Заходяченко, В.Е.Тырса и А.И.K)g a " .".;."!,":::

Харьковский автомобильно-дорожный институт им. K ла

Украины (72) Авторы изобретения (71) Заявмтель (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЦИЗАТОР

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при аппаратурном анализе случайных величин, а именно для статистического анализа случайных меха5 нических нагрузок.

Известно устройство для статистического анализа случайных величин, содержащее первый и второй компараторы, первые входы которых coepHHBHbI

10 со входом устройства, а вторые с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к реверсивному счетчику, соединенному с дешифраторам, максимумов, подключенному к первой группе входов счетно-регистрирующего блока, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, входы которого подключены к счетчику, соединенному с генератором эталонной частоты, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого и второго зле" ментов И соответственна, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выход первого элемента И подключен к управляющим входам дешифраторов, а выход второго элемента И соединен с установочным входом счетчика (l j.

Данное устройство характеризуется запоминанием в ряде случаев избыточной информации при анализе экстремумов, связанной с наличием на кривой исследуемого сигнала локальных экстремумов, т.е. экстремальных значений сигнала, разность мехду которыми не превышает заданной величиные

Наиболее близким к предлагаемому является статистический анализатор, содержащий первый и второй компара9ll533

50 торы, первые входы которых соединены с входом устройства, а вторые — с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к первому реверсивному 5 счетчику и к дешифратору максимумов, выходы которого подключены к первой группе входов счетно-регистрирующего блока, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, входы которого подключены к счетчику, соединенному с генератором эталонной частоты, выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к суммирующим и вычи ающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого и второго элементов И соответствен — 20 но, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, третьи входы которых подключены к выходам логического блока исключения локальных экстремумов, выход первого элемента

И подключен к управляющим входам дешифраторов и к первому входу элемента ИЦИ, а выход второго элемента И соединен с установочным входом счет- З0 чика и с вторым входом элемента HJlH, выход которого соединен с установочным входом второго реверсивного счетчика, выход которого соединен с логическим блоком (2 ).

Однако известное устройство характеризуется недостаточной достоверностью анализа случайных процессов с учетом локальных экстремумов, это вызвано тем, что локальность 40 данного экстремума определяется только по разности его амплитуды предыдущего экстремума (эта разность сравнивается с заданной), но не всегда учитывается разность амплитуд дан- 45 ного и последующего экстремумов.

Понятно, что если разность амплитуд двух соседних экстремумов не превышает заданную, то оба экстремума в равной мере могут быть названы локальными. Кроме того, во втором реверсивном счетчике не всегда накапливается разность двух соседних экстремумов — максимума и минимума или минимума и максимума. В некото- 55 рых случаях эта разность равна разности соседних максимумов или саседпих минимумов, что также снижает точиосгь и ализа. цель изобретения — повышение достоверности за счет исключения ложных экстремумов.

Указанная цель достигается тем, что статистический анализатор, содержащий два элемента сравнения, первые входы которых соединены с входом устройства, а вторые с соответствующими выходами цифроаналогового.преобразователя, подключенного входами к выходам первого реверсивного счетчика, дешифратор максимумов., выходы которого подключены к первой группе, входов блока памяти, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, генератор эталонной частоты, выход которого подключен к входу счетчика, выходы первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к суммирукщим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого и второго элементов И соответственно, вторые входы

:которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выходы первого и второго элементов И подключены к первым входам третьего и четвертого элементов И ( и к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом второго реверсивного счетчика, выходы которого подключены соответственно к входам первой группы цифровой схемы сравнения, выход которой соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, вторая группа входов цифровой схемы сравнения является дополнительными входами анализатора, выход четвертого элемента И подключен к установочному входу счетчика, дополнительно содержит регистр максимумов и регистр полупериодов, разрядные входы которого подключены соответственно к выходам счетчика, а выходы соеди" нены с входами дешифратора полупериодов, разрядные входы регистра мак» симумов подключены к выходам первого реверсивного счетчика, а выходы подключены ко входам дешифратора максимумов, выход третьего элемента И соединен с управляющими входами регистра максимумов и регистра полупериодов, а выход четвертого элемента И подключен к управляющим

38 значения этого нелокального максимума с регистра 9 максимумов.

При увеличении входного сигнала появляются импульсы на выходе элемента б, а при уменьшении — на выходе элемента 7, устанавливая триггер 12 в первом случае в единичное состояние. а во втором — в нулевое.

Выходные потенциалы триггера 12 подаются на первые входы элементов

И 13 и 14, на вторые входы которыхпоступают импульсы с элементов 7 и 6 соответственно. Первый импульс с выхода элемента 6 является признаком появления минимума и пропускается элементом И 14, а все последующие не проходят через элемент И 14, так как он блокируется потенциалом с выхода триггера 12. Аналогично работает и элемент И 13, который пропускает первый импульс с выхода элемента 7, который является признаком максимума. Число, пропорциональное амплитуде входного сигнала, формируется в реверсивном счетчике 8.

После появления очередного экстремума импульс с выхода одного из элементов И 13 и 14 через элемент ИЛИ 17 сбрасывает в ноль реверсивный счетчик

18. При достижении входным сигналом следукщего экстремума в реверсивном счетчике IS накапливается число, пропорциональное разности амплитуд данного и предыдущего экстремумов.

Если полученная разность не превышает заданную, т.е. данный экстремум является локальным по отношению к предыдущему, то схема 19 выдает запреща-. ющий потенциал на элементы И 15 и

16. Таким образом, при появлении каждого экстремума реверсивный счетчик

18 сбрасывается в ноль и в нем будет формироваться разность амплитуд всех соседних экстремумов. Импульсы с выходов элементов И 13 и 14 проходят через элементы И 15 и 16 в том случае, если соответствукпцие экстремумы не являются локальными по отношению к предьдущим.

При появлении данного нелокального максимума импульсом с выхода элемента И 15 производится перезапись числа, пропорционального амплитуде данного максимума, с реверсивного счетчика 8 в регистр 9 макси4 мумов и перезапись числа, пропорционального полупериоду данного максимума и ближайшего к нему из предшествовавших нелокальных минимумов, 5 9115 входам дешифратора максимума и дешифратора полупериодов и к установочным входам регистра максимумов и регистра полупериодов.

На. фиг. 1 приведена структурная 5 электрическая схема статистического анализатора, на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Статистический анализатор содержит генератор 1 эталонной частоты, счетчик 2, регистр 3 нолупериодов, дешифратор 4 полупериодов, блок 5 памяти, первый 6 и второй 7 элементы сравнения, первый реверсивный счет" чик 8, регистр 9 максимумов, дешифра-1> тор 10 максимумов, цифроаналоговый преобразователь 11, триггер 12, первый и второй элемент И 13 и 14, третий и четвертый элементы И 15 и 16 элемент ИЛИ 17, второй реверсивный 20 счетчик 18, цифровую схему 19. сравнения. Блок 5 памяти содержит счетчики, каждый из которых накапливает число повторений заданных сочета.— ний значений нелокального максимума и нелокального полупериода. !

Анализатор работает следующим об-! разом.

Элементы 6 и 7 сравнения, цифроаналоговый преобразователь 11 и ре- 30 версивный счетчик 8 образуют систему, которая осуществляет равномерное квантование входного сигнала по урйвню. Триггер 12 и элементы

И 13 и 14 определяют момент появления экстремума. Элементы И 15 и 16. элемент ИЛИ 17, реверсивный счетчик

18 и цифровая схема 19 сравнения предназначены для исключения учета локальных экстремумов, в схему 19 записывается число, пропорциональное амплитуде локального экстремума. Счетчик

2 считает импульсы с генератора 1 эталонной частоты и является датчиком времени, фиксируя длительность полупериода — время,-прошедшее между моментами достижения входным сигналом минимума и максимума. Регистр

3 полупериодов предназначен для npoMezoJTo H o хранения значения полупериода, переписанного со счетчика .8. Дешифратор 4 полупериодов обеспечивает выборку значения нелокаль-. ного полупериода, т.е. время, прошедшее между моментами достижения входным сигналом нелокального минимума и последовавшего за ним нелокального максимума, а дешифратор 10 максим гмов предназначен для выборки т этом .записи в блок 5 памяти не происходит, так как регистры предыдущим минимумом сброшены в ноль, а записи новой информации в регистры еще не было), в котором начинает накапливаться число, пропорциональное новому полупериоду, но уже по отношению к этому нелокальному минимуму, и т.д. Так учитывается локальность минимума по. отношению к последующему за ним максимуму.

Работу устройства проиллюстрируем на примере анализа иьин реализации случайного процесса.

Предположим, что данная реализация содержит локальные экстремумы в точках g, В, д, е (фиг. 2) .

При наличии минимума (точка g) первый импульс с выхода элемента 6 проходит через элемент И 14, после чего потенциалом с выхода триггера

12 элемент И 14 закрывается для последующих импульсов. При наличии разрешения со схемы 19 (разность амплитуд данного минимума и предшествовавшего ему максимума превышает заданную) импульс с выхода элемента

И 14 проходит через элемент И 16 и поступает на управляющие входы дешифраторов 10 и 4 и на установочные входы регистров 10 и 3 и счетчика 2.

При этом производится выборка чисел с регистров 9 и 3 в блок 5 памяти и последующий сброс в ноль этих регистров счетчика 2. Начинается отсчет нового полупериода в счетчике 2. Импульс с выхода элемента И 14 также сбрасывает в ноль через элемент ИЛИ !7 реверсивный счетчик 18. Начинается отсчет разности амплитуд данного минимума и последующего максимума.

При наличии максимума (точка 5) первый импульс с выхода элемента 7 нроходит через элемент И 13> после чего потенциалом с выхода триггера

12 элемент И 13 закрывается для последующих импульсов. При наличии разрешения со схемы 19 (разность амплитуд данного максимума и предыдущего минимума в точке 3 превышает заданную) импульс с выхода элемента И 13 проходит через элемент И 15 и поступает на управляющие входы регистров 9 и 3. При этом с реверсив-, ного счетчика 8 переписывается число, пропорциональное амплитуде данного максимума, в регистр 9, а со счетчика 2 переписывается полупериод

При появлении данного нелокально- 40 го минимума импульсом с выхода элемента И 16 производится не только выборка чисел с регистров 9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в блок 5 памяти, но и последующий сброс в ноль 45 этих. регистров и счетчика 2. 11ри этом регистры 9 и 3 подготавливаются для записи следующей информации а в счет) чике 2 начинает накапливаться значение следующего полупериода. Если за gg данным нелокальным минимумом следует ближайший нелокальный экстремумминимум { а это произойдет в том случае, если за данным нелокальным минимумом следует локальный максимум, 55 по отношению к которому данный минимум является локальным), то счетчик 2 снова сбрасывается в кол . (при

/ 911538 со счетчика 2 в регистр 3 полупериодов °

Иыборка этих чисел в блок 5 памяти происходит только в том случае, если за данным нелокальным максимумом следует ближайший нелокальный экстремум-минимум. Тогда импульсом с выхода элемента И 16 производит ся выборка этих чисел с регистров

9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в !о блок 5 памяти.

Если же за данным нелокальным максимумом появляется ближайший нелокальный экстремум-максимум (а это происходит и том случае, если за дан- 15 ным нелокальным максимумом следует локальный минимум, по отношению к которому данный максимум являет— ся локальным ), то в регистр 9 переписывается вместо данного максиму- 20 ма (уже ставшего локальным), число, пропорциональное амплитуде нового нелокального максимума (по отношению к последовавшему за данным максимумом локальному минимуму), а в 25 регистр 3 переписывается вместо данного локального полунериода число, пропорциональное новому полуперноду между новым нелокальным максимумом и ранее упомянутым, ближайшим (из зО предшествовавших нелокальньп4 минимумом. Затем, после появления ближайшего (из последовавших) нелокального минимума, производится выборка с регистров уже этих чисел в блок 5, па-З5 мяти, а не ранее записанных, и т.д.

Так учитывается локальность максимума по отношению к последовавшему за ним минимуму.

1538

5 оль, но сбрасывается в ноль счет" ик 2, в котором начинается отсчет олупериода Т g (так как полупериод отсчитывается от минимума в точе О, который является локальным по отношению к последовавшему за ним максимуму в точке 8 ., При последующем максимуме в точке происходит перезапись числа с реверсивного счетчика 8 B регистр 9 максимумов и со счетчика 2 в регистр .

3 полупериодов. Далее статистический анализатор работает анвлогично.

Таким образом, при работе устройства не регистрируется избыточная информация при анализе экстремумов, связанная с наличием локальных экстремумов. Iio сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает более высокую достоверность анализа случайных процессов за счет учета локальности данного экстремума как по отношению к предшествовавшему ему экстремуму, так и по отношению к экстремуму, последовавшему за ним. формула изобретения

Статистический анализатор, содержащий два элемента сравнения, первые входы которых соединены с входом устройства, а.вторые с соответствующими выходами цифроаналогового преобразователя, подключенного входами к выходам первого реверсивного счетчика, дешифратор максимумов, выходы которого подключены к первой группе входов блока памяти, вторая группа входов которого соединена с выходами дешифратора полупериодов, генератор эталонной частоты, выход которого подключен к входу счетчика, выходы первого и второго элементов сравнения подключены соответственно к суммирующим и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, к единичному и нулевому входам триггера и к первым входам первого н второго элементов И соответственно, вторые входы которых подключены соответственно к единичному и нулевому выходам триггера, выходы первого и второго элементов И подключены к первым входам третьего и четвертого элементов И и к соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с установочным входом второТ.1 в регистр 3. Импульс с выхода эле- н мента И 13 через элемент .ИЛИ 17 так- ч же сбрасывает в ноль реверсивный

П счетчик 18. Начинается отсчет разно- Т сти амплитуд данного максимума и по- к следующего минимума.

При последующем минимуме в точке

8 импульс с выхода элемента И 14 не проходит через элемент И 16, так как отсутствует разрешение со схемы 19— данный экстремум является локапьным по отношению к максимуму в точке 8

Этим импульсом сбрасывается реверсивный счетчик 18.

При наличии максимума в точке . разность амплитуды которого и амплитуды предшествовавшего минимума в точке б превышает заданную, импульс с выхода элемента И 15 производит перезапись с реверсивного счетчика 8 20 числа, пропорционального амплитуде данного максимума, в регистр 9 (вместо ранее там записанного числа, пропорционального амплитуде максимума в точке д, так как этот максимум явля-

I ется локальным по отношению к последовавшему за ним минимуму в точ ке 4 и перезапись со счетчика 2 числа, пропорционального полупериоду Т, в регистр 3 (вместо ранее там записанного локального полупериода Т,1).

При последующем минимуме в точке 1 (разность его амплитуды и амплитуды предыдущего максимума в точке 7. 35 превышает заданную) импульс с выхода элемента И 16 производит выборку числа с регистров 9 и 3 через дешифраторы 10 и 4 в блок 5 памяти, после чего сбрасывает в ноль реги- 40 стры 9 и 3 и счетчик 2. Б счетчике

2 начинается отсчет полупериода Т3.

11ри появлении максимума в точке 6, который является локальным по отношению к минимуму в точке 45 импульс с выхода элемента И 13 не проходит через элемент И 15.

При появлении следующего минимума в точке Э С(разность амплитуды которого и амплитуды предыдущего и максимума в точке 8 превьш ает заданную) импульс с выхода элемента И 16 поступает на управляющие входы дешифраторов 10 и 4 и установочные входы регистров 9 и 3 и счет- чика 2. При этом не производится выборка числа с регистров 9 и 3, так как они ранее сбрасываются в

911538

ro реверсивного счетчика, выходы которого подключены соответственно к входам первой группы цифровой схемы сравнения, выход которой соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, вторая группа входов цифровой схемы сравнения является дополнительными входами анализатора, выход четвертого элемента И.подключен к установочному входу счетчика, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности анализа за счет исключения ложных экстремумов, он дополнительно содержит регистр .максимумов и регистр полупериодов разрядные входы которого подключены соответственно к выходам счетчика, а выходы соединены с входами дешифратора полунериодов, разрядные входы регистра максимумов подклю- о чены к выходам первого реверсивного счетчика, а выходы подкчючены к входам дешифратора максимумов, выход третьего элемента И соединен с управляющими входам и регистра максимумов и регистра полупериодов, а выход четвертого элемента И подключен к управляющим входам дешифратора максимумов и дешифратора нолупериодов и к установочным входам регистра максимумов и регистра но" лупериодов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 417793, кл. G 06 F 15/36, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 503247, кл. G 06 F 15/36, 1975 (прототип).. 911538

Составитель В.Фукалов

Техред M.Tåïåð Корректор С.Щомак

Редактор С.Юско

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1130/41 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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