[go: up one dir, main page]

RU2230331C2 - Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time - Google Patents

Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time Download PDF

Info

Publication number
RU2230331C2
RU2230331C2 RU2002118394/28A RU2002118394A RU2230331C2 RU 2230331 C2 RU2230331 C2 RU 2230331C2 RU 2002118394/28 A RU2002118394/28 A RU 2002118394/28A RU 2002118394 A RU2002118394 A RU 2002118394A RU 2230331 C2 RU2230331 C2 RU 2230331C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
interval
time
clock
time intervals
clock interval
Prior art date
Application number
RU2002118394/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002118394A (en
Inventor
А.С. Анишин (RU)
А.С. Анишин
Ю.О. Батурин (RU)
Ю.О. Батурин
Ю.И. Пустовойтов (RU)
Ю.И. Пустовойтов
Original Assignee
5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ filed Critical 5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт МО РФ
Priority to RU2002118394/28A priority Critical patent/RU2230331C2/en
Publication of RU2002118394A publication Critical patent/RU2002118394A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2230331C2 publication Critical patent/RU2230331C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: procedure can be utilized for establishment of duration of unit elements of reconnoitered multiposition (multifrequency) signals and for determination of parameters of signals with programmed retuning of working frequencies. Time intervals from moment of emergence of first pulse of input flow to moments of appearance of each pulse in observed realization of flow are measured. Possible values of integral multiplicity factors of time interval are sorted out according to clock interval. Estimates of their common divisors in the form of angular coefficients of straight lines of regression passing through origin of coordinates with equal least sums of squares of departures of own points are found. Maximal angular coefficient of forward regression is taken as value of clock interval. EFFECT: enhanced precision of establishment of clock interval of random flow of pulses with a priory uncertainty of clock probability of their appearance. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к способам и устройствам обработки статистических данных, и может быть использовано при определении длительности элементарных посылок разведываемых многопозиционных (многочастотных) сигналов, а также при определении параметров сигналов с программной перестройкой рабочих частот.The invention relates to the field of computer engineering, in particular to methods and devices for processing statistical data, and can be used to determine the duration of elementary parcels of reconnoitered multi-position (multi-frequency) signals, as well as to determine the parameters of signals with software tuning of operating frequencies.

Известен способ определения постоянного тактового интервала потоков импульсов с дискретным временем tn=nT, n=1, 2,..., для которых тактовая вероятность появления импульса равна единице рп=р=1, включающий измерение временного интервала τ 0N между моментами прихода первого (опорного) t0 и последнего tN импульса в наблюдаемой реализации потока, подсчет числа NИ=N+1 импульсов входного потока и определение тактового интервала по формулеA known method for determining a constant clock interval of pulse flows with discrete time t n = nT, n = 1, 2, ..., for which the clock probability of the pulse is equal to unity p n = p = 1, including measuring the time interval τ 0N between the moments of arrival the first (reference) t 0 and last t N pulses in the observed stream implementation, counting the number N И = N + 1 pulses of the input stream and determining the clock interval by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

[1. Мирский Г.Я. Радиоэлектронные измерения. Изд. 3-е. М.: Энергия, 1975, с.223-226].[1. Mirsky G.Ya. Radio-electronic measurements. Ed. 3rd M .: Energy, 1975, p.223-226].

Дисперсия ошибок определения параметра Т известным способом с использованием формулы (1) в N2 раз меньше дисперсии ошибок измерения

Figure 00000003
временного интервала
Figure 00000004
0N [1]:The variance of the errors in determining the parameter T in a known manner using formula (1) is N 2 times less than the variance of the measurement errors
Figure 00000003
time interval
Figure 00000004
0N [1]:

Figure 00000005
Figure 00000005

Недостатком известного способа определения тактового интервала является ограниченная область его применения периодическими потоками импульсов, для которых тактовая вероятность появления импульса равна единице, при невысокой точности определения тактового интервала.A disadvantage of the known method for determining the clock interval is the limited scope of its application by periodic flows of pulses, for which the clock probability of occurrence of a pulse is equal to one, with a low accuracy in determining the clock interval.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу определения постоянного тактового интервала Т случайного потока импульсов с дискретным временем является статистический способ, включающий измерение независимых временных интервалов τ k=tk-

Figure 00000006
tk-1,
Figure 00000007
между моментами t0<t1<...<tN появления импульсов в наблюдаемой реализации потока и определение с привлечением априорных данных о статистической модели наблюдаемых временных интервалов τ k,
Figure 00000008
тактового интервала как параметра соответствующего распределения случайных величин [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники, кн.2. М.: Советское радио, 1968, с. 122].The closest in technical essence to the proposed method for determining a constant clock interval T of a random stream of pulses with discrete time is a statistical method that includes measuring independent time intervals τ k = t k -
Figure 00000006
t k-1 ,
Figure 00000007
between the moments t 0 <t 1 <... <t N the appearance of pulses in the observed flow realization and the determination using the a priori data on the statistical model of the observed time intervals τ k ,
Figure 00000008
the clock interval as a parameter of the corresponding distribution of random variables [B. Levin Theoretical foundations of statistical radio engineering, book 2. M .: Soviet radio, 1968, p. 122].

Рассмотрим возможности известного статистического способа определения тактового интервала Т случайного потока импульсов с дискретным временем на конкретном примере при двух облегчающих решение данной задачи условиях:Consider the possibilities of the well-known statistical method for determining the clock interval T of a random pulse stream with discrete time using a specific example under two conditions facilitating the solution of this problem:

тактовая вероятность появления импульсов постоянна pn=p=const;the clock probability of the appearance of pulses is constant p n = p = const;

ошибки наблюдения (измерения) временных интервалов равны нулю (σ н=0).errors of observation (measurement) of time intervals are equal to zero (σ n = 0).

При данных условиях выборочные временные интервалы (ВВИ) τ k являются дискретными случайными величинами, распределенными по смещенному на единицу геометрическому закону:Under these conditions, sampling time intervals (WMI) τ k are discrete random variables distributed according to a geometric law shifted by one:

Figure 00000009
Figure 00000009

с математическим ожиданием и дисперсией соответственноwith mathematical expectation and dispersion respectively

Figure 00000010
Figure 00000010

Для совместной оценки двух постоянных параметров р и Т распределения (3) воспользуемся в соответствии с известными рекомендациями критерием максимального правдоподобия [Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники, кн.3. М.: Советское радио, 1976, с.16]. С этой целью запишем функцию правдоподобия выборки временных интервалов размера N в виде произведения N вероятностей (3):For a joint assessment of two constant parameters p and T of distribution (3), we will use the maximum likelihood criterion [Levin B.R. Theoretical foundations of statistical radio engineering, book 3. M .: Soviet Radio, 1976, p.16]. For this purpose, we write the likelihood function of a sample of time intervals of size N in the form of a product of N probabilities (3):

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- сумма длин (кратностей) N величин τ k в единицах Т.Where
Figure 00000012
- the sum of the lengths (multiplicities) of N quantities τ k in units of T.

Уравнение для оценки параметра р находим дифференцированием логарифма от функции правдоподобия (5):We find the equation for estimating the parameter p by differentiating the logarithm from the likelihood function (5):

Figure 00000013
Figure 00000013

Уравнение для оценки параметра Т имеет вырожденный вид:The equation for estimating the parameter T has a degenerate form:

Figure 00000014
Figure 00000014

поскольку Т - масштабный коэффициент ВВИ.since T is the scale factor of VVI.

Из уравнения (6) находимFrom equation (6) we find

Figure 00000015
Figure 00000015

Таким образом, оценка тактовой вероятности существует, если известен тактовый интервал, и наоборот. В тех немногих случаях, когда параметр p априори известен, оценку Т находят из соотношения (8):Thus, an estimate of the clock probability exists if the clock interval is known, and vice versa. In those few cases when the parameter p is a priori known, the estimate of T is found from relation (8):

Figure 00000016
Figure 00000016

Поскольку сумма

Figure 00000017
равна τ 0N, то достаточно измерять временной интервал τ 0N и определять параметр Т по формулеSince the amount
Figure 00000017
equal to τ 0N , it is enough to measure the time interval τ 0N and determine the parameter T by the formula

Figure 00000018
Figure 00000018

Найдем точность определения параметра T с помощью статистики (10) при наличии ошибок измерения интервала τ 0N. Дисперсия суммарного интервала τ 0N по сравнению с дисперсией (4) одного интервала возрастает в N раз:We find the accuracy of determining the parameter T using statistics (10) in the presence of measurement errors of the interval τ 0N . The dispersion of the total interval τ 0N in comparison with the dispersion (4) of one interval increases N times:

Figure 00000019
Figure 00000019

С учетом независимых ошибок измерения (σ н&λτ; &λτ; Т) дисперсия измеренного временного интервала τ 0N составитGiven the independent measurement errors (σ n &λτ;&λτ; T), the variance of the measured time interval τ 0N will be

Figure 00000020
Figure 00000020

Применяя известное правило изменения дисперсии случайной величины τ 0N, умноженной на неслучайную величину p/N, находим дисперсию ошибок определения тактового интервала с помощью известного способа (10) при наличии априорной информации о тактовой вероятности (0<p≤ 1):Using the well-known rule of variation of the variance of a random variable τ 0N multiplied by a nonrandom p / N, we find the variance of the errors in determining the clock interval using the known method (10) in the presence of a priori information about the clock probability (0 <p≤ 1):

Figure 00000021
Figure 00000021

Отметим, что при р=1 формулы (9) и (13) совпадают с (1) и (2) соответственно.Note that for p = 1 formulas (9) and (13) coincide with (1) and (2), respectively.

Из (13) следует, что при σ н≤ T (на практике в большинстве случаев σ н&λτ; &λτ; Т) основная доля погрешности при оценке параметра Т, определяемая первым слагаемым, обусловлена случайным характером длин ВВИ. Так, при р=0,5 и σ н=Т вклад первого слагаемого в 2N раз превышает вклад, вносимый ошибками измерения ВВИ. Очевидно, что при p<0,5 и σ н<Т относительное влияние первого слагаемого в (13) на точность определения тактового интервала Т возрастает. Поэтому при ограниченном размере выборки N добиться существенного повышения точности определения параметра Т с помощью известного статистического способа за счет повышения точности наблюдения ВВИ не удается.It follows from (13) that for σ n ≤ T (in practice, in most cases, σ n &λτ;&λτ; T), the main share of the error in estimating the parameter T, determined by the first term, is due to the random nature of the FIW lengths. So, at p = 0.5 and σ n = T, the contribution of the first term is 2N times greater than the contribution made by the measurement errors of the FIW. Obviously, for p <0.5 and σ n <T, the relative influence of the first term in (13) on the accuracy of determining the clock interval T increases. Therefore, with a limited sample size N, it is not possible to achieve a significant increase in the accuracy of determining the parameter T using the well-known statistical method by increasing the accuracy of observation of FIWs.

С учетом изложенного существенным недостатком известного статистического способа является его невысокая точность определения тактового интервала и невозможность его применения при отсутствии априорных данных о величине тактовой вероятности появления импульсов входного потока.Given the above, a significant drawback of the known statistical method is its low accuracy in determining the clock interval and the impossibility of its application in the absence of a priori data on the magnitude of the clock probability of the appearance of pulses of the input stream.

Задачей данного изобретения является повышение точности определения тактового интервала случайного потока импульсов с дискретным временем при неизвестной тактовой вероятности появления импульсов с одновременным расширением области применения способа.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the clock interval of a random stream of pulses with discrete time with an unknown clock probability of the appearance of pulses while expanding the scope of the method.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем измерение временного интервала между моментами появления первого и последнего импульсов в наблюдаемой реализации потока, дополнительно измеряют временные интервалы от момента появления первого до моментов появления каждого промежуточного по времени появления импульса в наблюдаемой реализации потока, причем по совокупности измеренных временных интервалов путем организованного перебора возможных значений целочисленных кратностей временных интервалов тактовому интервалу определяют оценки их общих делителей в виде угловых коэффициентов прямых регрессии, проходящих через начало координат с одинаковыми наименьшими суммами квадратов уклонений собственных точек, при этом за величину тактового интервала принимают максимальный угловой коэффициент прямой регрессии из числа указанных.The problem is solved due to the fact that in the known method, including measuring the time interval between the moments of the appearance of the first and last pulses in the observed implementation of the stream, additionally measure the time intervals from the moment of the first to the moments of each intermediate in time appearance of the pulse in the observed implementation of the stream, moreover, in the totality of the measured time intervals by organized sorting of possible values of integer multiplicities of time intervals t such as are for interval determined evaluation their common divisors in the form of angular coefficients of the regression lines passing through the origin with identical lowest sum of squares of deviations own points, the magnitude of the maximum clock interval taking the slope of the regression line of said.

В предложенном способе повышение точности определения тактового интервала случайного потока импульсов с дискретным временем обеспечено благодаря более полному извлечению информации о тактовом интервале, содержащейся в совокупности перекрывающихся (зависимых) случайных временных интервалов с независимыми дискретными приращениями по модулю за счет использования избирательных свойств взаимно простых чисел, реализованных в статистике "наибольшего общего делителя" дискретных случайных величин, и выравнивающих (по отношению к измеренным временным интервалам) свойств прямой регрессии, проходящей через начало координат с непрерывными значениями измеренных временных интервалов по оси ординат и целочисленными значениями их кратностей тактовому интервалу T по оси абсцисс.In the proposed method, improving the accuracy of determining the clock interval of a random pulse stream with discrete time is provided by a more complete extraction of information about the clock interval contained in the set of overlapping (dependent) random time intervals with independent discrete increments modulo by using the selective properties of mutually prime numbers implemented in statistics of the “greatest common divisor” of discrete random variables, and equalizing (with respect to measured th slots) properties of the regression line passing through the origin with continuous values of time intervals measured by the ordinate axis and the integer values multiplicities clock period T on the abscissa.

Сущность предложенного способа определения тактового интервала случайного потока импульсов с дискретным временем заключается в следующем.The essence of the proposed method for determining the clock interval of a random pulse stream with discrete time is as follows.

Вначале предположим, что ошибки измерения временных интервалов равны нулю (σ H=0). Тогда при постоянном тактовом интервале Т имеем систему из N≥ 2 линейных уравненийFirst, we assume that the errors in measuring time intervals are zero (σ H = 0). Then, with a constant clock interval T, we have a system of N≥ 2 linear equations

Figure 00000022
Figure 00000022

где τ '0k - дискретный временной интервал между моментами появления опорного (первого) и k-го импульса;where τ ' 0k is the discrete time interval between the moments of the appearance of the reference (first) and k-th pulse;

m01<m02<...<m0N - неизвестные случайные кратности (целые числа) временных интервалов τ 0k в единицах Т.m 01 <m 02 <... <m 0N - unknown random multiplicities (integers) of time intervals τ 0k in units of T.

Система уравнений (14) является недоопределенной (количество неизвестных N+1) и при отсутствии ограничений на область значений Т имеет счетное множество решений. Однако фактор стохастичности целочисленных кратностей m0k позволяет решать систему (14) относительно неизвестного Т с вероятностью, отличной от нуля. Из системы (14) следует, что оцениваемый параметр Т является общим делителем (ОД) нескольких N≥ 2 дискретных величин τ '0k. Счетное множество ОД включает и наибольший общий делитель (НОД), для вычисления которого применим, например, алгоритм Евклида [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. Изд. 8, - М.: Физматгиз, 1959, с.129]. Все множество решений, удовлетворяющих системе уравнений (14), находим следующим образом:The system of equations (14) is underdetermined (the number of unknowns is N + 1) and, in the absence of restrictions on the range of values of T, has a countable set of solutions. However, the stochasticity factor of integer multiplicities m 0k allows us to solve system (14) with respect to unknown T with a non-zero probability. It follows from system (14) that the estimated parameter T is a common divisor (OD) of several N≥ 2 discrete quantities τ ' 0k. The countable set of OD includes the largest common divisor (GCD), for the calculation of which we apply, for example, the Euclidean algorithm [Bronstein I.N., Semendyaev K.A. Math reference. Ed. 8, - M .: Fizmatgiz, 1959, p.129]. The whole set of solutions satisfying the system of equations (14), we find as follows:

Figure 00000023
Figure 00000023

где d - порядковый номер ОД.where d is the serial number of the OD.

С учетом (15) и случайного характера элементов выборки для определения интервала Т существует счетное множество статистикTaking into account (15) and the random nature of the sample elements to determine the interval T, there is a countable set of statistics

Figure 00000024
Figure 00000024

Статистики (16) характеризуются различными вероятностями правильного определения интервала

Figure 00000025
Наибольшей вероятностью правильного определения Т обладает первая (d=1) статистикаStatistics (16) are characterized by different probabilities of the correct determination of the interval
Figure 00000025
The first (d = 1) statistic is most likely to correctly determine T

Figure 00000026
Figure 00000026

Статистика (17) правильно определяет T, если среди N кратностей m0k ВВИ (14) имеется хотя бы одна пара взаимно простых чисел, НОД которых, по определению, равен единице. Очевидно, что с увеличением размера N выборки вероятность выполнения этого условия возрастает. Статистики (16) с параметрами d=2, 3,... правильно определяют интервал Т, если НОД {m01, m02,..., m0N}=2, 3,... соответственно, с парциальными вероятностями, общая сумма которых является дополнением вероятности правильного определения T по статистике (17) до единицы:Statistics (17) correctly determines T if among N multiplicities m 0k WWI (14) there is at least one pair of coprime numbers whose GCD is, by definition, equal to one. Obviously, with increasing sample size N, the probability of fulfilling this condition increases. Statistics (16) with parameters d = 2, 3, ... correctly determine the interval T, if GCD {m 01 , m 02 , ..., m 0N } = 2, 3, ..., respectively, with partial probabilities, the total amount of which is a complement to the probability of a correct determination of T according to statistics (17) to unity:

Figure 00000027
Figure 00000027

Определение дискретных составляющих суммы (18) аналитическим путем является довольно трудоемкой задачей.Determining the discrete components of the sum (18) analytically is a rather time-consuming task.

По результатам эксперимента на ЭВМ в таблице приведены оценки вероятностей появления хотя бы одной пары взаимно простых чисел в выборке размером N=2, 3, 4, 5 кратностей m0k образованных из кратностей mk с геометрическим распределением с параметром 0<р<1.According to the results of an experiment on a computer, the table shows the probabilities of the appearance of at least one pair of coprime numbers in a sample of size N = 2, 3, 4, 5 of multiplicities m 0k formed from multiplicities m k with a geometric distribution with parameter 0 <p <1.

Figure 00000028
Figure 00000028

На основании данных таблицы нижняя граница значений вероятности правильного определения постоянного параметра Т с помощью статистики (17) как функция размера N≥ 2 выборки с приемлемой для практики точностью δ р=1...3% может быть аппроксимирована дискретной экспонентой при любой величине тактовой вероятности (0<р≤ 1):Based on the data in the table, the lower limit of the probability values for the correct determination of the constant parameter T using statistics (17) as a function of the size N≥ 2 of the sample with practical accuracy accuracy δ p = 1 ... 3% can be approximated by a discrete exponent for any value of the clock probability (0 <p≤ 1):

Figure 00000029
Figure 00000029

Таким образом, при отсутствии ошибок наблюдения временных интервалов τ '0k дисперсия условной (с вероятностью (19)) оценки параметра Т с помощью статистики (17) равна нулю. Сопоставляя этот результат с (13) при σ H=0, приходим к выводу о том, что мешающий в (10) фактор стохастичности дискретных величин обращен в статистике (17) в фактор, обеспечивающий новое качество оценок параметра Т.Thus, in the absence of observation errors for time intervals τ ' 0k, the variance of the conditional (with probability (19)) estimate of the parameter T using statistics (17) is zero. Comparing this result with (13) for σ H = 0, we conclude that the interfering factor of discrete quantities in (10) is converted in statistics (17) to a factor that provides a new quality of estimates of the parameter T.

Формула (19) определяет потенциальные возможности предложенного способа при σ н(ρ) 0 в зависимости от размера N выборки.Formula (19) determines the potential possibilities of the proposed method for σ n (ρ) 0 depending on the size N of the sample.

В реальных условиях ВВИ (14) наделяются случайными ошибками наблюдения Δ k с параметрами: Е(Δ k)=0, D(Δ k)=σ 2 н :Under real conditions, VVI (14) are endowed with random observation errors Δ k with parameters: E (Δ k ) = 0, D (Δ k ) = σ 2 n :

Figure 00000030
Figure 00000030

Очевидно, что НОД нескольких дискретных величин со структурой (14) является максимальным угловым коэффициентом прямой, проходящей через начало координат с нулевой суммой уклонений от узловых точек прямоугольной дискретной решетки {mkТ, m},

Figure 00000031
, m=1, 2,... Поэтому при наличии ошибок наблюдения (σ н≠ 0) поиск оценок НОД в предложенном способе реализован в рамках предписаний метода наименьших квадратов с использованием прямых регрессии вида у=bх, где x - целочисленный аргумент.Obviously, the GCD of several discrete quantities with structure (14) is the maximum angular coefficient of a straight line passing through the origin with zero sum of deviations from the nodal points of a rectangular discrete lattice {m k Т, m},
Figure 00000031
, m = 1, 2, ... Therefore, in the presence of observation errors (σ n ≠ 0), the search for the GCD estimates in the proposed method is implemented within the framework of the least square method requirements using direct regression of the form y = bx, where x is an integer argument.

Угловой коэффициент b=Т(

Figure 00000032
0) прямой регрессии по измеренным ВВИ (20) при произвольно заданном (либо известном) N-мерном векторе кратностей
Figure 00000033
0 определяется из условия минимальной суммы квадратов уклонений:The angular coefficient b = T (
Figure 00000032
0 ) direct regression according to measured VVI (20) with an arbitrarily given (or known) N-dimensional vector of multiplicities
Figure 00000033
0 is determined from the condition of the minimum sum of squared deviations:

Figure 00000034
Figure 00000034

Приравнивая нулю производнуюEquating the Derivative to Zero

Figure 00000035
Figure 00000035

находим угловой коэффициент прямой регрессииwe find the angular coefficient of direct regression

Figure 00000036
Figure 00000036

Если истинные кратности временных интервалов (20) известны, то дисперсия оценки (21) тактового интервала Т составит [Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. - М.: Физматгиз, 1962, с.124, формула (5.2.7), в которой веса рi заменяем на веса m 2 0k ]If the true multiplicities of time intervals (20) are known, then the variance of the estimate (21) of the clock interval T will be [Linnik Yu.V. Least squares method and the basics of observation processing theory. - M .: Fizmatgiz, 1962, p.124, formula (5.2.7), in which weights p i are replaced by weights m 2 0k ]

Figure 00000037
Figure 00000037

Для поиска неизвестного целочисленного вектора кратностей

Figure 00000038
0 заявленный способ включает процедуру перебора его целочисленных компонент с целью нахождения линии регрессии с наименьшей (нулевой при σ н=0) суммой квадратов уклонений собственных точек {τ 0k, m0k,},
Figure 00000039
To search for an unknown integer multiplicity vector
Figure 00000038
0, the claimed method involves the procedure of sorting its integer components in order to find the regression line with the smallest (zero for σ n = 0) sum of squares of the deviations of the eigen points {τ 0k , m 0k ,},
Figure 00000039

Figure 00000040
Figure 00000040

где

Figure 00000041
- пробная оценка (21) параметра Т по текущему вектору кратностей при переборе возможных значений его N целочисленных компонент.Where
Figure 00000041
- a trial estimate (21) of the parameter T according to the current vector of multiplicities when enumerating the possible values of its N integer components.

Так как суммы квадратов уклонений в (23) (в том числе наименьшие) повторяются для векторов кратностей

Figure 00000042
, d=1, 2,..., то в соответствии со статистикой (17), для которой d=1, максимально правдоподобную оценку НОД "в шумах" находят по формуле (21) при векторе кратностей
Figure 00000043
, выбранном по правилу (23) с наименьшей суммой его компонент:Since the sums of squared deviations in (23) (including the smallest) are repeated for multiplicity vectors
Figure 00000042
, d = 1, 2, ..., then, in accordance with statistics (17), for which d = 1, the most plausible estimate of the GCD “in noise” is found by formula (21) with a multiplicity vector
Figure 00000043
selected by rule (23) with the smallest sum of its components:

Figure 00000044
Figure 00000044

Другими словами, за величину тактового интервала принимают максимальный угловой коэффициент прямой регрессии, проходящей через начало координат с наименьшей суммой квадратов уклонений собственных точек.In other words, the maximum angular coefficient of the direct regression passing through the origin with the smallest sum of squares of deviations of the eigen-points is taken as the time interval.

Для реализации процедуры (23) целесообразен организованный перебор целочисленных компонент N-мерного вектора кратностей. Дерево перебора их возможных значений, назначаемых с учетом относительных величин ВВИ, формируют следующим образом.For the implementation of procedure (23), organized sorting of the integer components of the N-dimensional vector of multiplicities is advisable. The enumeration tree of their possible values, assigned taking into account the relative values of explosive weapons, is formed as follows.

Первому временному интервалу τ 01 назначают возможные значения кратности m01=1, 2,... На каждое значение кратности m01 назначают другим временным интервалам выборки по (2v+1) возможных значений кратностей:The possible time values of the multiplicity m 01 = 1, 2, ... are assigned to the first time interval τ 01. For each value of the multiplicity m 01, other time intervals of the sample are assigned according to (2v + 1) possible values of the multiplicities:

Figure 00000045
Figure 00000045

где ]· [ - целая часть числа;where] · [is the integer part of the number;

v - параметр разветвленности дерева поиска, определяемый эмпирическим путем и зависящий от относительного уровня ошибок наблюдения σ H/Т. В диапазоне уровней ошибок наблюдения 0<(σ н/T)≤ 0,2 параметр v≤ 2.v is the branching parameter of the search tree, determined empirically and depending on the relative level of observation errors σ H / Т. In the range of observation error levels 0 <(σ n / T) ≤ 0.2, the parameter v ≤ 2.

Отметим, что при σ н=0 процедура (23, 24) сводится к алгоритму вычисления НОД нескольких N≥ 2 дискретных величин (чисел).Note that for σ n = 0, procedure (23, 24) reduces to an algorithm for computing the GCD of several N≥ 2 discrete quantities (numbers).

Предложенный способ является новым, поскольку из общепринятых сведений не известен способ определения тактового интервала случайного потока импульсов в условиях отсутствия априорной информации о величине тактовой вероятности, включающий измерение N≥ 2 перекрывающихся временных интервалов от момента появления первого до момента появления каждого последующего импульса входного потока, организованный перебор возможных значений их кратностей тактовому интервалу с целью нахождения оценок общих делителей в виде угловых коэффициентов прямых регрессии, проходящих через начало координат с одинаковыми наименьшими суммами квадратов уклонений собственных точек, при этом за величину тактового интервала принимают максимальный угловой коэффициент прямой регрессии из числа указанных.The proposed method is new, because from generally accepted information there is no known method for determining the clock interval of a random pulse stream in the absence of a priori information on the magnitude of the clock probability, including the measurement of N≥ 2 overlapping time intervals from the moment the first pulse arrives to the moment each subsequent input pulse appears, organized by enumerating the possible values of their multiplicities to the clock interval in order to find estimates of common divisors in the form of angular coefficients ryamyh regression through the origin with identical lowest sum of squares of deviations own points, the magnitude of the maximum clock interval taking the slope of the regression line of said.

Предложенный способ имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций с импульсным сигналом по формированию выборки перекрывающихся временных интервалов между опорным (первым) и каждым последующим импульсом входного потока и вскрытию их дискретной структуры за счет совместного использования избирательных свойств взаимно простых чисел, какими являются случайные кратности временных интервалов тактовому интервалу, и выравнивающих (по отношению к измеренным временным интервалам) свойств прямых регрессии приведет к повышению точности определения тактового интервала в условиях отсутствия априорной информации о величине тактовой вероятности.The proposed method has an inventive step, since it does not explicitly follow from published scientific data and known technical solutions that the claimed sequence of operations with a pulse signal for generating a sample of overlapping time intervals between the reference (first) and each subsequent pulse of the input stream and opening their discrete structure in due to the sharing of the selective properties of coprime numbers, which are random multiplicities of time intervals to clock int the interval, and the leveling (with respect to the measured time intervals) properties of direct regression will lead to an increase in the accuracy of determining the clock interval in the absence of a priori information about the magnitude of the clock probability.

Предложенный способ промышленно применим, так как для его технической реализации могут быть использованы типовые логические и структурные элементы дискретной и вычислительной техники.The proposed method is industrially applicable, as for its technical implementation can be used typical logical and structural elements of discrete and computer technology.

На фиг.1 приведена укрупненная структурная схема возможного варианта технической реализации способа, на фиг.2 - реализация случайного потока импульсов с дискретным временем, на фиг.3 - экспериментальные зависимости вероятностей правильного определения вектора кратностей временных интервалов предложенным способом от параметров потока импульсов и ошибок их наблюдения для размера выборки N=4.Figure 1 shows an enlarged structural diagram of a possible variant of the technical implementation of the method, figure 2 - the implementation of a random stream of pulses with discrete time, figure 3 - experimental dependencies of the probabilities of the correct determination of the vector of the multiplicities of time intervals of the proposed method on the parameters of the pulse stream and their errors observations for sample size N = 4.

Структурная схема возможного варианта реализации предложенного способа (фиг.1) содержит преобразователь временной интервал - код 1, делитель частоты 2, блок памяти 3, микропроцессор 4 и элемент задержки 5; вход преобразователя 1, объединенный с входом записи блока памяти 3 и входом делителя частоты 2, является входом случайного потока импульсов φ (t) с дискретным временем (фиг.2), выход делителя 2 через элемент задержки 5 соединен с входом запуска микропроцессора 4 и входом "сброс" преобразователя 1, разрядный выход которого соединен с разрядным входом блока памяти 3, разрядный выход последнего соединен с разрядным входом микропроцессора 4.The structural diagram of a possible implementation of the proposed method (figure 1) contains a time interval converter - code 1, frequency divider 2, memory unit 3, microprocessor 4 and delay element 5; the input of the converter 1, combined with the recording input of the memory unit 3 and the input of the frequency divider 2, is the input of a random pulse stream φ (t) with discrete time (Fig. 2), the output of the divider 2 through the delay element 5 is connected to the start input of the microprocessor 4 and the input "reset" of the converter 1, the bit output of which is connected to the bit input of the memory unit 3, the bit output of the latter is connected to the bit input of the microprocessor 4.

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии элементы памяти блоков 1 и 2 находятся в нулевом состоянии. Первый импульс входного потока φ (t), реализация которого приведена на фиг.2, записывает нулевой код исходного состояния преобразователя 1 в блок памяти 3 в качестве маркера начала серии из N значений выборочных временных интервалов, одновременно разрешает работу преобразователя 1 и увеличивает состояние делителя частоты 2 на единицу. К моменту появления второго импульса входного потока на выходе преобразователя 1 присутствует кодовый эквивалент величины первого временного интервала τ 01 с общей ошибкой наблюдения (включающей и ошибки преобразователя 1), который этим же импульсом записывается в блок памяти 3. К моменту прихода третьего импульса входного потока на выходе преобразователя 1, работающего нарастающим итогом, будет присутствовать кодовый эквивалент величины второго временного интервала τ 02 с аналогичными первому интервалу τ 01 ошибками наблюдения, который этим же (третьим) импульсом записывается в блок памяти 3 и т.д. Каждый импульс входного потока увеличивает состояние делителя частоты 2 на единицу. К моменту прихода (N+1)-го импульса входного потока на выходе преобразователя 1 будет находиться кодовый эквивалент величины N-го временного интервала τ 0N, который этим же импульсом входного потока заносится в блок памяти 3. С выхода делителя частоты 2 (N+1)-й импульс, задержанный элементом задержки 5, устанавливает исходное (нулевое) состояние преобразователя 1, прерывает его работу и одновременно переносит кодовые эквиваленты величин временных интервалов τ 0k,

Figure 00000046
из блока памяти 3 в оперативную память микропроцессора 4, который запрограммирован на вычисление тактового интервала T по формулеThe scheme works as follows. In the initial state, the memory elements of blocks 1 and 2 are in the zero state. The first pulse of the input stream φ (t), the implementation of which is shown in FIG. 2, writes the zero code of the initial state of the converter 1 to the memory unit 3 as a marker for starting a series of N values of selected time intervals, simultaneously enables the operation of the converter 1 and increases the state of the frequency divider 2 per unit. By the time the second pulse of the input stream appears at the output of the converter 1, there is a code equivalent of the value of the first time interval τ 01 with a common observation error (including the error of the converter 1), which is written to the memory unit 3 by the same pulse. By the time the third pulse of the input stream arrives at the output of the transducer 1, running cumulatively, there will be a code equivalent of the value of the second time interval τ 02 with observation errors similar to the first interval τ 01 , which the same (third) pulse is recorded in the memory unit 3, etc. Each pulse of the input stream increases the state of the frequency divider 2 by one. By the moment of arrival of the (N + 1) -th pulse of the input stream, the output of converter 1 will contain the code equivalent of the value of the N-th time interval τ 0N , which is entered into the memory block 3 with the same pulse of the input stream. From the output of the frequency divider 2 (N + 1) the pulse delayed by the delay element 5, sets the initial (zero) state of the converter 1, interrupts its operation and at the same time transfers the code equivalents of the values of the time intervals τ 0k ,
Figure 00000046
from memory block 3 to the RAM of microprocessor 4, which is programmed to calculate the clock interval T according to the formula

Figure 00000047
Figure 00000047

где τ 0k,

Figure 00000048
- измеренные временные интервалы входного потока импульсов;where τ 0k ,
Figure 00000048
- measured time intervals of the input pulse stream;

{

Figure 00000049
} - оценка вектора кратностей временных интервалов τ 0k,
Figure 00000050
тактовому интервалу Т, удовлетворяющая системе их двух требований:{
Figure 00000049
} is an estimate of the vector of multiplicities of time intervals τ 0k ,
Figure 00000050
the clock interval T, satisfying the system of their two requirements:

Figure 00000051
Figure 00000051

где

Figure 00000052
- пробная оценка параметра Т для текущего вектора кратностей при переборе его целочисленных компонент: {m01=1, 2,..., m02=2, 3,... m0N=N, N+1,...} с учетом условия m0l&λτ; m02<...<m0N;Where
Figure 00000052
- a trial estimate of the parameter T for the current vector of multiplicities when enumerating its integer components: {m 01 = 1, 2, ..., m 02 = 2, 3, ... m 0N = N, N + 1, ...} subject to the condition m 0l &λτ; m 02 <... <m 0N ;

Figure 00000053
Figure 00000053

Началу нового цикла работы схемы (фиг.1) предшествует пауза, равная величине (N+1)-го временного интервала, по окончании которой в блок памяти 3 (N+2)-м импульсом будет занесен нулевой код исходного состояния преобразователя 1, разделяющий отдельные выборки из N временных интервалов. Далее работа схемы повторяется.The beginning of a new cycle of operation of the circuit (Fig. 1) is preceded by a pause equal to the value of the (N + 1) th time interval, after which a zero code of the initial state of the converter 1 will be entered into the memory block with the 3 (N + 2) th pulse, dividing separate samples from N time intervals. Further, the operation of the circuit is repeated.

Экспериментальные зависимости вероятностей правильного определения векторов кратностей

Figure 00000054
четырех временных интервалов N=4 от относительного уровня ошибок наблюдения σ н/Т для различных величин тактовых вероятностей р, полученные методом статистических испытаний разработанного способа на ЭВМ, приведены на фиг.3. Число испытаний для каждой точки Nисп=1000. Из анализа этих зависимостей следует, что влияние уровня ошибок наблюдения на вероятность правильного определения вектора кратностей снижается с увеличением тактовой вероятности р и тактового интервала Т при постоянном уровне ошибок σ н=const.Experimental dependences of the probabilities of the correct determination of multiplicity vectors
Figure 00000054
four time intervals N = 4 of the relative level of observation errors σ n / T for various values of the clock probabilities p obtained by the method of statistical testing of the developed method on a computer are shown in Fig.3. The number of tests for each point N isp = 1000. From the analysis of these dependencies it follows that the influence of the level of observation errors on the probability of correctly determining the multiplicity vector decreases with an increase in the clock probability p and the clock interval T at a constant error level σ n = const.

Повышение точности определения тактового интервала случайного потока импульсов с дискретным временем при неизвестной величине тактовой вероятности по сравнению с прототипом достигается в предложенном способе за счет более полного использования информации об измеренных перекрывающихся временных интервалах N≥ 2 с независимыми дискретными приращениями по модулю, в то время как в прототипе измеряют только один максимальный временной интервал между первым и (N+1)-м (последним) импульсом входного потока.Improving the accuracy of determining the clock interval of a random pulse stream with discrete time with an unknown clock probability compared to the prototype is achieved in the proposed method due to a more complete use of information on the measured overlapping time intervals N≥ 2 with independent discrete increments modulo, while in the prototype measure only one maximum time interval between the first and (N + 1) -m (last) pulse of the input stream.

Для случаев правильного определения вектора кратностей найдем среднюю по случайным реализациям ВВИ дисперсию ошибок определения тактового интервала

Figure 00000055
с учетом схемы образования ВВИ и геометрического распределения их независимых дискретных приращений по модулю.For cases of the correct determination of the vector of multiplicities, we find the average variance of the errors in determining the clock interval
Figure 00000055
taking into account the scheme for the formation of explosive weapons and the geometric distribution of their independent discrete increments modulo.

Используя (4) при Т=1, найдем математическое ожидание квадрата случайных кратностей

Figure 00000056
ВВИ в виде начального момента второго порядка:Using (4) at T = 1, we find the mathematical expectation of a square of random multiplicities
Figure 00000056
VVI in the form of an initial moment of the second order:

Figure 00000057
Figure 00000057

В соответствии со схемой образования временных интервалов τ 0k12+...τ k,

Figure 00000058
математические ожидания и дисперсии их кратностей параметру T равны соответственноIn accordance with the scheme of the formation of time intervals τ 0k = τ 1 + τ 2 + ... τ k ,
Figure 00000058
the mathematical expectations and variances of their multiplicities are equal to the parameter T, respectively

Figure 00000059
Figure 00000059

Подставляя (27) в (26), находим математическое ожидание квадрата кратностей отдельных временных интервалов τ 0k,

Figure 00000060
Substituting (27) into (26), we find the mathematical expectation of the square of the multiplicities of the individual time intervals τ 0k ,
Figure 00000060

Figure 00000061
Figure 00000061

С учетом (22) и (28) при правильно определенном векторе кратностей средняя дисперсия ошибок определения тактового интервала Т составляетTaking into account (22) and (28) with a correctly defined vector of multiplicities, the average variance of the errors in determining the clock interval T is

Figure 00000062
Figure 00000062

и не зависит от величины Т.and does not depend on the value of T.

В сравнении со способом-прототипом с дисперсией ошибок (13) заявленный способ с дисперсией ошибок (29) обеспечивает выигрыш по величине среднеквадратической ошибки (СКO) определения тактового интервала, равныйCompared with the prototype method with error dispersion (13), the inventive method with error dispersion (29) provides a gain in terms of the mean square error (SKO) of determining the clock interval equal to

Figure 00000063
Figure 00000063

при условии правильного вскрытия структуры (вектора кратностей) временных интервалов.subject to the correct opening of the structure (vector of multiplicities) of time intervals.

Например, при тактовой вероятности р=0,9, относительной ошибке измерения временных интервалов σ н/Т=0,1 и размере выборки N=4 предложенный способ обеспечивает вероятность правильного вскрытия структуры временных интервалов, близкую к единице (см. фиг.3), при этом величина выигрыша по СКО при определении тактового интервала составляет Впр∀ 10 раз.For example, with a clock probability of p = 0.9, a relative error in the measurement of time intervals σ n / T = 0.1, and a sample size of N = 4, the proposed method provides a probability of correct opening of the structure of time intervals close to unity (see Fig. 3) , while the magnitude of the gain in standard deviation when determining the clock interval is B pr ∀ 10 times.

Кроме того, предложенный способ позволяет определять тактовый интервал и периодического потока импульса (р=1). В этом случае кратности временных интервалов τ 0k, k, k=

Figure 00000064
, известны: m01=1, m02=2,..., mоN=N и в соответствии с формулой (30) безусловный выигрыш по сравнению с аналогом составитIn addition, the proposed method allows to determine the clock interval and the periodic pulse flow (p = 1). In this case, the multiplicity of time intervals τ 0k , k, k =
Figure 00000064
are known: m 01 = 1, m 02 = 2, ..., m оN = N and, in accordance with formula (30), the unconditional gain in comparison with the analogue will be

Figure 00000065
Figure 00000065

В частности, для размеров выборки: N=4, 8, 12 величина выигрыша (31) составляет Ван=1,37; 1,78; 2,13 соответственно.In particular, for the sample sizes: N = 4, 8, 12, the gain (31) is B en = 1.37; 1.78; 2.13 respectively.

Другим, не менее важным, достоинством заявленного способа определения тактового интервала Т является то обстоятельство, что он позволяет преодолеть априорную недостаточность данных о величине тактовой вероятности, что по сравнению с прототипом расширяет область его применения и разрешает проблему оценивания (с привлечением формулы (8)) второго определяющего параметра р стационарного (p=const) случайного потока событий с дискретным временем.Another, no less important, advantage of the claimed method for determining the clock interval T is the fact that it overcomes the a priori insufficiency of data on the magnitude of the clock probability, which, in comparison with the prototype, expands its scope and solves the estimation problem (using formula (8)) the second determining parameter p of the stationary (p = const) random stream of events with discrete time.

Claims (1)

Способ определения тактового интервала случайного потока импульсов с дискретным временем, включающий измерение временного интервала между моментами появления первого и последнего импульсов в наблюдаемой реализации потока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют временные интервалы от момента появления первого до моментов появления каждого промежуточного по времени появления импульса в наблюдаемой реализации потока, причем по совокупности измеренных временных интервалов путем организованного перебора возможных значений целочисленных кратностей временных интервалов тактовому интервалу определяют оценки их общих делителей в виде угловых коэффициентов прямых регрессии, проходящих через начало координат с одинаковыми наименьшими суммами квадратов уклонений собственных точек, при этом за величину тактового интервала принимают максимальный угловой коэффициент прямой регрессии из числа указанных.A method for determining the clock interval of a random stream of pulses with discrete time, including measuring the time interval between the moments of the first and last pulses in the observed flow implementation, characterized in that they additionally measure time intervals from the moment of the first to the moments of the appearance of each time-delayed pulse in the observed the implementation of the flow, moreover, according to the totality of the measured time intervals by organized sorting of possible values of the integer the calculated multiplicities of time intervals to the time interval determine the estimates of their common divisors in the form of angular coefficients of direct regression passing through the origin with the same least sums of squares of deviations of the eigenspaces, while the maximum angular coefficient of direct regression from the number indicated is taken as the time interval.
RU2002118394/28A 2002-07-08 2002-07-08 Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time RU2230331C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002118394/28A RU2230331C2 (en) 2002-07-08 2002-07-08 Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002118394/28A RU2230331C2 (en) 2002-07-08 2002-07-08 Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002118394A RU2002118394A (en) 2004-03-10
RU2230331C2 true RU2230331C2 (en) 2004-06-10

Family

ID=32845819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002118394/28A RU2230331C2 (en) 2002-07-08 2002-07-08 Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2230331C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446438C2 (en) * 2010-06-02 2012-03-27 Валерий Леонидович Воронцов Formation method of synchronisation pulses at reception of digital signals

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛЕВИН Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 2. - М.: Советское радио, 1968, с.122. МИРСКИЙ Г.Я. Радиоэлектронные измерения. Изд. 3-е. - М.: Энергия, 1975, с.223-226. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2446438C2 (en) * 2010-06-02 2012-03-27 Валерий Леонидович Воронцов Formation method of synchronisation pulses at reception of digital signals

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002118394A (en) 2004-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Raghavendra et al. Computing fractal dimension of signals using multiresolution box-counting method
JP2005513841A (en) Method and apparatus for analyzing distribution
CN100380620C (en) Method of measuring duty cycle
CN105572617B (en) A kind of calibration system and method for pulse power standard
Korenberg Fast orthogonal algorithms for nonlinear system identification and time-series analysis
KR20040014976A (en) Low leakage technique for determining power spectra of non-coherently sampled data
RU2230331C2 (en) Procedure establishing clock interval of random flow of pulses with discre te time
Belenky et al. Statistical uncertainty of ship motion data
CN111092611A (en) A signal processing device and method with small edge slope
RU2551400C1 (en) Method of harmonic analysis of periodic multifrequency signal against the noise background
CN110032758B (en) Method, apparatus and computer storage medium for calculating energy of electric signal
CN116611378A (en) Simulation method and device for circuit model, computer equipment and storage medium
CN113419706A (en) Rapid random number generation method and system and inspection method and system thereof
Titov et al. Amplitude-Frequency Characteristic of the Device for Measuring Estimates of the Characteristic Function of Signal
RU2771593C1 (en) Probabilistic apparatus for calculating the average total power
Artyushenko et al. Estimation of measurement accuracy the scalar information parameter of the signal under non-Gaussian multiplicative noise with independent values
RU2553120C1 (en) Device for evaluating random variable distribution function and tolerance boundaries thereof on small samples
Konvalinka Iterative nonparametric spectrum estimation
EP0425095A1 (en) Method and apparatus for frequency measurement
RU2251704C2 (en) Method of detection of periodic pulse sequences and estimation of period sequences
SU516046A1 (en) Statistical time interval analyzer
RU2391678C2 (en) Method and device for measuring and suppressing physical processes (fields) of surrounding medium through self-adjusting reference process (field)
CN109711036B (en) Evaluation method of flight control system test result
RU2242013C2 (en) Correlation analyzer of frequency properties of linear system
CN110826212B (en) Sequence period estimation method based on histogram screening and least square fitting

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050709