Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ по ав.- св,№ 376783, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены интегратор, квадратор, вто .рой управляемый резистор, элемент аналоговой памяти и блок определения максимумов, информационный вход которого через второй управляемый резистор соединен с выходом квадратора , вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первый и второй выходи схемы управления соединены соответственно с первым и вторьм управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к управляющему входу элемента (Л аналоговой памяти, информационный вход которого соединен с выходом инерционного звена, выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.

„„SU„„12 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

<(sl) G 06 G 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

C (61) 376783 (21) 3654391/24-24 (22) 22.07.83 (46) 07.02.85. Бюл. ¹ 5 (72) А,П. Трифонов и А.К. Сенаторов (71) Воронежский политехнический ,институт и Воронежский ордена Ленина государственный университет им. Ленинского комсомола (53) 681.333(088.8),(56) 1. Авторское свидетельство СССР № 376783, кл. G 06 G 7/52, 1973 (прототип}. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ по ав. св.№ 376783, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, в него введены интегратор, квадратор, второй управляемый резистор, элемент аналоговой памяти и блок определения максимумов, информационный вход которого через второй управляемый резистор соединен с выходом квадратора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первый и второй выходМ схемы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к управляющему входу элемента аналоговой памяти, информационный вход которого соединен с выходом инерционного звена, выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.

1138812

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем,,что в устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов введены интегратор, квадратор, второй управляемый резистор, элемент аналоговой памя.ти и блок определения максимумов, информационный вход которого через второй управляемый резистор соединен с выходом квадратора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первыи и второй входы схемы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к

50, 55

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для анализа сигналов, изменение которых носит случайный характер, например при

5 статистическом контроле, в приборах для выполнения -полезного сигнала на фоне помех, устройствах для обработки медико-биологической информации и т.д.

По основному авт. св. Ф 376783 известно устройство, содержащее инерционное звено с управляемым резистором, выполненйом на полевом транзисторе, и схему управления, в 15 состав которых входят два последовательно соединенных конденсатора, параллельно которым подключены резисторы, и два последовательно соединенных источника постоянного напряжения, общая точка которых подключена к общей точке конденсаторов, два других вывода которых соединены с управляющим входом управляемого резистора и подключены через 25 ключи к свободным зажимам источников напряжения jij .

Недостатком известного устройства является снижение точности измерения среднего значения случайного процесса при неизвестной длительности анализируемого случайного процесса (т.е. неизвестен момент спада-. ния среднего значения до нуля).

1 управляющему входу элемента аналоговой памяти, информационный вход кстсрого соединен с выходом инерционногo звена., выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.24 — диаграммы работы устройства..

Устройство содержит инерционное звено, состоящее из управляемого резистора 1 на полевом транзисторе и конденсатора 2, один из выводов которого соединен с управляемым резистором 1, а другой — с общей шиной входя устройства. Схема 3 управления соединена с управляющими входами резистора 1 и дополнительно введенного второго управляемого резистора 4 (выполненного, как и резистор 1, на полевом транзисторе).

Выход ключа 5 подключен к выходу интегратора 6, Выход интегратора соединен с входом квадратора 7, выход которого соединен с вторым управляемым резистором 4. Выход ре зистора 4 подключен к входу блока 8 определения максимумов. Выход блока 8 определения максимумов соединен с вторым входом элемента 9 аналоговой памяти, первый вход которого подключен к конденсатору 2. Пусковые входы схемы 3 управления элемента 9 аналоговой памяти, блока 8 определения максимумов и ключа 5 подключены к цепи Пуск .

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии входной ключ 5 предлагаемого устройства разомкнут и сопротивление упраьляемогo резистора i, регулируемого схемой

3 управления, минимально. В момент, когда необходимо начать вычисление среднего значения случайного процесса

x(t), импульс Запуска замыкает входной ключ 5 и одновременно запускает схему 3 управления, элемент 9 аналоговой памяти и блок 8 определения максимумов. Случайный процесс х(Г) на входе устройства представляет собой случайный процесс с неизвестным средним значением Uo, которое в неизвестный момент времени с спа0 дает до нуля. В режиме вычисления среднего значения схема 3 управления обеспечивает линейное нарастание сопротивления резистора 1. Общее

3 время Т)линейного изменения сопротивления от К,„ до Б.„,,„ не превым и,.) шает временной интервал всзможных значений момента t . При этом на конденсаторе 2 образуется напряжение U, равное

11388

U (ь) = x(t)dt, 0

25 где Оа ь с с. Напряжение U (, попадает г . хх, 10 на первый вход элемента 9 аналоговой памяти, на второй вход которого поступает информационный сигнал с выхода блока 8 определения максимумов, характеризующий длительность измеряемого среднего значения.

Рассмо-.рим формирование этого сигнала блоками 6,7,4 и 8. В момент замыкания ключа 5 интегратор 6 (характеризующийся большой постоянной времени интегрирования) формирует на своем выходе сигнал U„= J x(t)dt, о который поступает на вход интегратора 7. С выхода квадратора преоб). г рааонгIHHhtA сигнал ((х(С) ос) ноступает на управляемый блоком 3 резистор 4, который с линейно изменяющимся сопротивлением формирует выс ханной согнал М(н) = ()хго)ЙС), о абсолютный максимум которого достигается в момент времени, соответствующий спаданию измеряемого сред- 35 него значения до нуля. Как следует из теории потенциальной помехоустойчивости, временное положение абсолютного максимума M(v) соответствует оценке максимального правдо- 40 подобия момента времени t0. Если пренебречь флуктуациями проинтегрированного случайного процесса, то положение абсолютного максимума И(ь) соответствует моменту с . Далее 45 блок 8 определения максимумов выявляет временное положение абсолютного максимума t< в интервале (0,71, p) t и подает со своегo BbIxojIcL соответствующий информационный сигнал на i0 второй вход элемента 9 аналоговой памяти. Последний формирует отсчет сигнала на конденсаторе 2 в момент .Амплитуда этого отсчета определяет неиз. вестное среднее значение анализиру- 55 емого случайного процесса.

На фиг. 2а. приведена зависимость измеряемого среднего значения процес12 4 са от времени на входе устройства.

Если пренебречь флуктуирующей составляющей случайного процесса, то сигнал на первом входе элемента 9 аналоговой памяти, совпадающий с выходным сигналом известного устройства имеет вид, показанный на фиг 26. На фиг. 2a приведена зависимость дисперсии (б ) флуктуаций сигнала от времени на первом входе элемента 9 аналоговой памяти. Как следует из фиг. 2а, среднее значение измеряемого случайного процесса в неизвестный момент времени tz скачком изменяется до нуля. В результате измерений возникает ряд погрешностей (фиг. 2б,в), В известном устройстве за среднее значение принимается величина его выходного напряжения, напряжение на входе блока 9 предлагаемого устройства (фиг, 26)

U =j x(t)dt/ ь в .некоторые моменты

С D времени t (слева от t ) или t" (спра0 ва от t ), поскольку значение t, априори неизвестно. Обозначим Я = — (t — t )/t — относительная поь о грешность времени отсчета в известном устройстве и о — относительная о среднеквадратичная погрешность измерения среднего значения предлагаемым устройством. Тогда выигрьпп в точности измерения среднего значения случайного процесса конечной длительности, обеспечиваемый предлагаемым устройством, описывается формулой

1/(1+ ), если с=с, т. е. Ь 0 /о, (1+ ), если t=t, т. е.f) О, где и — относительная среднеквадрагтичная погрешность измерения среднего значения известным устройством.

На фиг. 3 приведены кривые, описывающие выигрыш в точности оценки среднего значения случайного процесса при использовании предлагаемого устройства. При Е ) 0 выигрьпп ( рассчйтан для значений о =5, 10 и 20Х. Анализ кривых показывает, что чем ниже относительная среднеквадратичная погрешность измерения среднего значения предлагаемым устройством и ниже значение Я, тем быстрее растет обеспечиваемый предлагаемым устройством выигрыш по сравнению с известным. Приведенные расчетные соотношения и построенные графики

1138812

45 позволяют количественно оценить этот выигрыш, так при а = 207 и Е =-=

503 величина $ = 5 дБ; снижение о„ до 5Х и Р до 207. обеспечивает увеличение до 10 дБ.

Выигрыш в точности измерения среднего значения предлагаемым устройством и е о cущественные чия обеспечиваются дополнительно введенными интегратором, квадраторам, управляемым резисторам, блоком определения максимуман, элементом аналоговой памяти. Совокупность этих блоков определяет момент t скачкообразного изменения среднего зна- 15 чения случайнога процесса. Поэтому амплитуда импульса на выходе стро— бирующего устройства равна значению напряжения Ус в момент времени близкий к с, Когда отсчет вы- 20

М а хаднаго напряжения в известном устройстве производится н момент времени t c t (фиг, 26) выигрыш н точ1 а в ности измерения объясняется тем, чта увеличение времени интегрирова1 ния ат t да с (если Са известно) в предлагаемом устройстве приводит к более эффективному подавлению флуктуаций измеряемого случайного процесса (фиг. 2). Когда отсчет выход- 30 нага. напряжения -в известном устройстве производится в момент t >t (фиг 26), подавление флуктуаций более эффективно, чем при отсчете в момент, указанный на фиг. 2а. Однако, как следует из фиг. 26, при этом возникает существенная систе11 матическая ошибка У -U j, которая возрастает, с увеличением разности

il о,40

Таким образом, максимальная точность измерения срецнего значения случайного процесса достигается, если отсчет напряжения на выходе известнога устройства производить в момент времени t . Предлагаемое а устройство, измеряя момент времени существенно повышает точность измерения среднего значения.

СИГНаЛ М(ь1,) На ВЫХОДЕ ДОПОЛНИтельно введенного управляемого резистора 7 в предлагаемом устройстве (при пренебрежении флуктуациями) имеет вид, показанный на фиг. 4.

Этот сигнал всегда достигает максимума в момент времени to. Наличие флуктуаций несколько смещает положение максимума выходного сигнала блока 7 в -точку t, близкую к tä.

Блок 8 определения максимумов, оп ределяя t< и управляя элементом 9 аналоговой памяти, обеспечивает получение на выходе предлагаемого устройства (на выходе элемента 9) отсчета напряжения U,. в точке тем более близкой к г, чем больше ) UOI u t . В результате достигается выигрыш в точности измерения среднего значения, показанный на фиг. 3, Техническая сущность изобретения состоит в реализапии высокой точности измерения среднего значения случайного процесса, когда неизвестна ега длительность °

Измерение предлагаемым устройством среднего значения случайного процесса, когда неизвестна его длительность, осуществляется с помощью операций интегрирования, возведения в квадрат, линейного изменения сопротивления, поиска местоположения экстремума и стробиравания амплитуды сигнала, что обеспечивается дополнительным введением интегратора, квадратора, управляемого резистора, блока определения максимумов, элемента аналоговой памяти и соответствующих связей.

Предлагаемое устройство может найти применение при статистическом контроле случайных процессов конечной длительности и в устройствах для выделения полезных сигналов на фоне помех, позноляя обеспечить измерение среднего значения случайнога процесса с точностью, близкой к потенциальной возможной.

Предлагаемое устройство может быть реализовано с помощью стандартных блоков измерительной аппаратуры.

B частности, схемы управления и управляемых резисторов могут быть выполнены на основе операционных усилителей, один из которых включается в режим интегратора с постоянным конденсатором в цепи обратной связи с управляемым резистором во входной цепи.

1138812

1138812 ю%

Составитель А. Сенаторов

Техред А.Бабинец Корректор Г. Огар

Редактор А. Козориз

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

Заказ 10690/38 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская на5., д, 4/5

Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при обработке сигналов случайных процессов

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для реализации операции выделения из совокупности аналоговых сигналов заданной порядковой статистики

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для контроля характеристик случайных процессов

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при построении высоконадежных устройств и систем, проектируемых по методу горячего резервирования

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для генерации линейно-изломных функций

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления

Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов

Наверх