Устройство для определения формы случайного сигнала

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее . линейный двухполупериодный детектор, вход которого является входом устройства , первый усредняющий фильтр, второй усредняющий фильтр и элемент НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, первый коммутатор второй кйммутатор, квадратор, генерат .ор пилообразного напряжения, схема сравнения и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к выходу схемы сравнения, выход ключа через первый усредняющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с входом линейного двухполупериодного детектора, управляющий вход первого коммутатора объединен с уп (Л равляющим входом второго коммутатора с и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого коммутатора через квадратор подключен к входу элемента НЕ и первому информационному входу второго коммутатора, второй информационньй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредняющий фильтр-Подключен к первосо му входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу генератора пилообразного напряжения. а 00

8 А

- СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, 09) (И) д б1) G 06 С 7/52

ГОСУДАРСТВЕНН Й КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3575372/18-24 (22) 07.04.83 (46) 23.08.84. Бюл. Р 31 (72) А.Ф. Гришков, С.П. Рыбинский и А.В. Иаргелов . (53) 621.3(088.8) (56) 1. Блохин А.В. Аппаратный анализ характеристик случайных процессов. M. "Энергия", 1 976, с. 65.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 913412, кл. G 06 G 7/52, 1982 (прототип).

3. Коган Б.Я. Электронные моделирующие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. И., Физматгиз, 1963, с. 172.

4. Жовинский В.Н., Арховский В.Ф.

Корреляционные устройства. М., "Энергия", 1974, с. 68-98. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ФОРМЫ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее линейный двухполупериодный детектор, вход которого является входом устройства, первый усредняющий фильтр, второй усредняющий фильтр и элемент

НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, первый коммутатор, второй коммутатор, квадратор, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к выходу схемы сравнения, выход ключа через первый усредняющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соеди-. нен с входом линейного двухполупериодного детектора, управляющий вход g

Ф первого коммутатора объединен с управляющим входом второго коммутатора и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого коммутатора через квадратор подключен к входу элемента HE и первому информационному входу второго коммутатора, второй информационный вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредняющий фильтр подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

4 1109

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения статистических характеристик случайных процессов представленных в аналоговой форме.

Известно устройство для определения коэффициента формы случайного сигнала, содержащее последовательно соединенные квадратор, первый усред- 10 няющий фильтр, блок извлечения квадратного корня, выход которого ( подключен к первому входу блока деления, последовательно соединенные линейный двухполупериодный детектор, 15 второй усредняющий. фильтр, выход которого подключен к второму входу блока деления (11.

Однако устройство характеризуется сложностью реализации и низкой точ- 20 ностью за счет наличия больших аппаратурных погрешностей при определении вероятностных характеристик, так как оно построено по разомкнутой схеме и поэтому в ее составе необходимо использовать дорогостоящие прецизионные элементы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения формы случай- З0 ндго сигнала, содержащее последовательно соединенные линейный двухполупериодный детектор, вход которого является входом устройства, первый усредняющий ФильтР и линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, инвертор, два сумматора, вторые входы которых подключены к входу устройства, выход линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления подключен к первому входу первого сумматора непосредственно, а к первому входу второго сумматора — через инвертор, последовательно соединенные блок умножения, 45 второй усредняющий фильтр и усилитель напряжения, выход которого подключен к управляющему входу линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, входы блоков

50 умножения подключены к выходам сумматоров (2 .

Известное устройство позволяет повысить точность измерения коэффициентов формы случайного сигнала. Од"5 нако и,оно имеет недостаточную точность.и сложно в изготовлении, так как содержит в своем составе конст768 2 структивно сложный блок умножения f3) и два сумматора, собранных на операционных усилителях, которые должны иметь идентичные характеристики, и невыполнение этого требования ведет к снижению точности устройства.

Кроме того, накопленная аппаратурная погрешность на выходе блока умножения второго блока усреднения и усилителя напряжения за счет дрейфа его усилителей, температурной нестабильности и т.д. приводит, к снижению точности установки коэффициента усиления линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, а тем самым к снижению точности измерения коэффициента формы случайного сигнала.

Цель изобретения — поввш ение точности измерения., Указанная цепь достигается тем, что в устройство для определения формы случайного сигнала, содержащее линейный двухполупериодный детектор, вход которого является входом устройства, первый усредняющий фильтр, второй усредняющий фильтр и элемент

НЕ, введены ключ, первый коммутатор, второй коммутатор, квадратор, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к выходу схемы сравнения, выход

;ключа через первый усредняющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с входом линейного двухполупериодного детектора, управляющий вход первого коммутатора объединен с управляющим входом второго коммутатора и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход йервбго коммутатора через квадратор подключен к входу элемента НЕ и первому информационному входу второго коммутатора, второй информационный вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредняющий фильтр подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

На чертеже представлена структурная схема преллагаемого устройства

1109768 для определения формы случайного сигнала.

Устройство содержит линейный двухполупериодный детектор 1, вход которого является входом устройства, ключ 2, первый усредняющий фильтр 3, первый коммутатор 4, квадратор 5, элемент HE 6, второй коммутатор 7, второй усредняющий фильтр 8, схему

9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения и генератор 11 тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам коммутаторов 4 и 7, вход устройства подключен к соответствующему информационному входу коммутатора 4, а выход линейного двухполупериодного детектора 1 через последовательно соединенные ключ 2 и усредняющий фильтр 3 подключен к другому информационному входу коммутатора 4, вход квадратора 5 подключен к выхо,ду коммутатора 4, а выход непосредственно и через элемент НЕ 6 подключен соответственно к первому и второму информационным входам второго коммутатора 7, выход которого подключен к входу усредняющего фильтра

8, первый и второй входы схемы 9 сравнения подключены соответственно к выходам генератора 10 пилообразного напряжения и усредняющего фильтра 8, а выход — к управляющему входу ключа 2.

Устройство работает. следующим образом.

Исследуемый центрированный случайный сигнал (+) поступает на вход линейного двухполупериодного детектора 1 и первый информационный вход первого коммутатора 4. Коммутаторы

4 и 7 находятся в соответствующем положении (см. чертеж), а ключ 2 замкнут ° При этом центрированный случайный сигнал х(Я, пройдя на выход коммутатора 4 с его соответствующего информационного входа., поступает на вход квадратора 5, На выходе квадратора 5 образуется сигнал Ц =ас 2 (9, где с(- коэффициент преобразования квадратора 5, который, пройдя. на выход коммутатора

4 с соответствующего информационного коммутатора входа, поступает на вход усредняющего фильтра 8.

На выходе усредняющего фильтра 3 образуется сигнал

Ug = (ф1@)x(И) Np x (t-Щ» о где q Я1 — коммутационная функция ключа 2, равная А во время ь замкнутого ключа, и A во время (Т- Й открытого ключа (здесь 7 —период следования импуль сов схемы 9 сравнения); — время задержки усредняющего фильтра 3;

1 Ю вЂ” импульсная переходная характеристика усредняющего фильтра 3; l0 ь

pan x(g-5) — функция-сигнатура перемен-

15 ной U, показывающая, что переменная Ц изменяет свои значения только в дискретной последовательности от 1.".

20 При нахождении коммутаторов 4 и 7 в противоположном положении сигяал 0, пройдя на выход коммутатора 4 с его другого информационного входа, поступает на вход квадрато25 ра 5. На выходе квадратора 5 в этом положении коммутаторов 4 и 7 образуется сигнал

30 о

0 =a(() j (e) (Ь-.i)Sg1 Н ) 1 который, пройдя через элемент НЕ 6 и коммутатор 7, поступает на вход усредняющего фильтра 8 с знаком

II 11

Минус, т.е. на входе усредняющего

З5 фильтра 8 в этот момент имеем сигнал

Генератор 11 тактовых импульсов, управляя коммутаторами 4, и. 7, позволяет получить на входе усредняющего фильтра 8 переменный сигнал, имею45 щ>-H форму меандра амплитуда пОлО жительных импульсов которого равна U„, а отрицательных О„ . На выходе усредняющего фильтра 8 формируется сигнал, пропорциональный оценке математического ожидания этого переменного сигнала,. который поступает на второй вход схемы 9 сравнения, на первый вход которого поступает периодический пилообразный сигнал с выхода генератора 10 пилообразного напряжения. Схема 9 сравнения осуществляет сравнение периодического пилообразного сигнала с сиг.— налом, поступающим с выхода усред1109768. qH)И

Результатат измерения Кср может быть получен как в аналоговой форме, в виде электрического сигнала, так 35 и в цифровой форме.

Точность устройства обеспечивается за счет применения компенсационного метода измерения оценки математичес"кого ожидания и может быть определе- 4О на с высокой точностью. Кроме. того, точность оценки математического ожидания на выходе усредняющего фильтра 8 s предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором, няшщего фильтра. При равенстве сигналов схема 9 сравнения переходит из одного устойчивого состояния в в противоположное, т.е. на ее выходе формируется периодическая последова- 5 тельность импульсов, у которых пропорциональна оценке математического ожидания .М(ЫРЮ- а 1) йММ) зу Ю) е имеющеий место на выходе усредняющего фильтра 8. Периодическая последовательность импульсов со схемы 9 сравнения поступает на управляющий вход клю-. ча 2. В установившемся режиме относи- 11 тельная длитЕльность импульсов схемы

9 сравнения является оценкой математического ожидания сигнала иу у- Ще )у(-T)g nx(t T)dt s } о. или д („ „(ффЦЯ 1 вх(1Юсй1 }. ь

При этом оценкой коэффициента k формы случайного сигнала +) является относительная длительность импульсов схемы 9 сравнения, измеряемая блоком регистрации, т.е. имеем блоком умножения), а в известном зависит и, в основном, определяется

его точностью.

Экспериментальная. сравнительная оценка точности предлагаемого и из-. вестного устройств проводилась на аналоговой вычислительной машине

ABM MH-18M. В результате моделирова- ния получены результаты, показывающие, что точность предлагаемого уст ройства на три порядка выше, чем известного. Кроме того, при выполнении устройства в аналоговой форме. упрощается конструкция устройства, так как отпадает необходимость в высокоточных усилителях, имеющих малый уровень дрейфа, а квадратор может иметь любые неравные нулю амплитудно-частотные характеристики, а при выполнении устройства в цифровой форме значительно упрощается реализация нелинейного элемента (квадратора, блока умножения).

3а счет упрощения конструкции предлагаемого устройства, как показывают расчеты, наработка на отказ увеличивается на 407. Реализация предлагаемого устройства не представляет. технических трудностей.

В качестве генератора тактовых импульсов может быть использован автоколебательный мультивибратор, коммутаторы и электронный ключ могут быть реализованы на полевых транзисторах С43, квадратор может быть реа- . лизован методом кусочно-линейной аппроксимации с помощью диодов или стабилитронов th) и 4, генераторы пилообразного напряжения — на операционном усилителе или транзисторах z 4g, а усредняющие фильтры — на операционном усилителе L 42.

Технико-экономическая эффективйость предлагаемого устройства заключается в высокой точности, надежности и простоте реализации.

1109768

Составитель А.Иванова

Техред А.Бабинец

Редактор Н. Бобкова

Корректор С.Шекиар

Заказ 6086/35

Тираж 699 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