Устройство для вычисления дисперсии случайных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый триггер, первый и второй , ключи, квадратор, счетчик, элемент ИЛИ, элемент И, первый сумматор, выход которого является выходом устройства , управляющие входы первого и второго ключей объед 1нены и соединены с выходом первого триггера, вход установки в единицу которого является входом запуска устройства, счетньй вход счетчика подключен к выходу первого ключа, отличающ е е -с я тем, что, с целью повьшения точности вычисления, в него введены второй, третий и четвертый сумматоры, второй триггер, элемент задержки, блок памяти, пороговый элемент, вычитатель, первый и второй умножители, первый и второй масштабирующие блоки, первые входы первого и второго сумматоров объединены и соединены с выходом элемента И, первьй вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, второй вход элемента И объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переполнения счетчика, информационный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и о первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу квадратора, вход которого объединен с входом пер вого масштабирующего блока и первым входом вычитателя и соединен с выходом блока памяти, вход записи которого объединен с входами установки в ноль второго триггера и счетника и подключен к вькоду элемента задержки , первый вход третьего сумматора объединен с вторым входом вычитателя , информационным входом блока памяти и подключен к выходу второго ключа , выход первого масштабирующего (Л блока соединен с вторым входом треть его сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя , второй вход которого объединен с входом порогового элемента и соединен с выходом вычитателя, выход второго умножителя подключен к входу второго масштабирующего блока, выход jiik tsD которого соединен с первым входом эо j; ;о четвертого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого суммато ра соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу установки в ноль первого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, выход порогового элемента соединен с вторым входом элемента ИЛИ, другие вхоцы первого и второго ключей являются соответственно информационным и тактовым входами устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕ НИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4(51) G 06 С 7/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ с

, c, c c;ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ счетчика, информационный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу квадратора, вход которого объединен с входом пер вого масштабирующего блока и первым входом вычитателя и соединен с выходом блока памяти, вход записи которого объединен с входалш установки в ноль второго триггера и счетника и подключен к выходу элемента задержки, первый вход третьего сумматора объединен с вторым входом вычитателя, информационным входом блока памяти и подключен к выходу второго ключа, выход первого масштабирующего блока соединен с вторым входом треть его сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, второй вход которого объединен с входом порогового элемента и соединен с выходом вычитателя, выход второго умножителя подключен к входу второго масштабирующего блока, выход (21) 3558259/24-24 (22) 28.02.83 (46) 28.02.85. Бюл. Ф 8 (72) А.И.Заико (71) Уфимский ордена Ленина авиацион ный институт им. Орджоникидзе (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 219905, кл. G 06 G 7/19, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

М 304584,кл.G 06 F 15/36,1971 (прототип) (54)($7) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ

ДИСПЕРСИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый триггер, первый и второй.ключи, квадратор, счетчик, элемент ИЛИ, элемент И, первый сумматор, выход которого является выходом устройства, управляющие входы первого и второго ключей объединены и соединены с выходом первого триггера, вход установки в единицу которого является входом запуска устройства, счетный вход счетчика подключен к вы. ходу первого ключа, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьппения точности вычисления, в него введены второй, третий и четвертый сумматоры, второй триггер, элемент задержки, блок памяти, пороговый элемент, вычитатель, первый и второй умножители, первый и второй масштабирующие блоки, первые входы первого и второго сумматоров объединены и соединены с выходом элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, второй вход элемента И объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переполнения которого соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого суммато ра соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу установки в ноль первого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, выход порогового элемента соединен с вторым входом элемента ИЛИ, другие вхоцы первого и второго ключей являются соответственно информационным и тактовым входами устройства.

1142849

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенных, например, для статистической обработки результатов измерений.

Известно устройство, использующее дополнительный шум, закон распределе ния амплитуд которого соответствует абсолютной величине случайного сигнала, содержащее сумматор и умножитель (1).

Недостатком этого устройства является малая точность, вызванная тем, 10

15 что вычисление дисперсии осуществляется в аналоговой форме. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вычисления дисперсии случайного сигнала, центрированные отсчеты на входе которого представлены число-импульсным кодом, содержащее ключ тактовых импульсов, подключенный через счетчик тактовых импульсов ко входу триггера запуска, выход которого соединен со входом

25 во возводит в квадрат отдельно каждый отсчет, а затем осредняет их (2).

Недостатками известного устройства являются малая точность и большое

30 время вычисления дисперсии. Это обусловлено тем, что данное устройство не учитывает коррелированности сосед них отсчетов, а осреднение производится не по времени измерения, а по числу отсчетов.

Цель изобретения — повышение точности вычисления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления дисперсии случайных сигналов, содержащее первый триггер, первый и второй ключи, квадратор, счетчик, эле40 мент ИЛИ, элемент И, первый сумматор, выход которого является выходом уст: ройства, управляющие входы первого и второго ключей объединены и соедииены с выходом первого триггера, вход установки в единицу которого является входом запуска устройства, счетный вход счетчика подключен к выходу первого ключа, введены второй, третий и четвертый сумматоры, второй триггер, элемент задержки, блок памя ти, пороговый элемент,:вычитатель„ первый и второй умножители, первый и второй масштабирующие блоки, первые входы первого и второго сумматоключа отсчетов, и сумматор. Устройстров объединены и соединены с выходом элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второФ го триггера, второй вход элемента И объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переполнения счетчика, информационный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу квадратора, вход которого объединен с входом первого масштабирующего блока и первым входом вычитателя и соединен с выходом блока памяти, вход записи которого объединен с входами установки в ноль второго триггера и счетчика и подключен к вы. ходу элемента задержки, первый вход третьего сумматора объединен со вторым входом вычитателя, информационным входом блока памяти и подключен к выходу второго ключа, выход первого масштабирующего блока соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, второй вход которого объединен с входом порогового элемента и соединен с.выходом вычитателя, выход второго умножителя подключен к входу второго масштабирующего .блока, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого сумматора соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу установки в ноль первого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, выход порогового элемента соединен со вторым входом элемента ИЛИ, другие входы первого и второго ключей являются соответственно.информационным и тактовым входами устройства.

На чертеже схематически представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит ключи 1 и 2, триггеры 3 и 4, блок памяти 5, сумматор 6, вычитатель 7, масштабирующий блок 8, квадратор 9, умножитель 10, сумматор 11, умножитель 12, масштабирующий блок 13, сумматор 14, счетчик 15, сумматор 16, эле1142849

3 мент ИЛИ 17, пороговый элемент 18, элемент задержки 19, элемент И 20.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 3 и 4 и сумматоры 14 и 16 сброшены в нуль и в счетчике 15 записано число на единицу меньше максимального.

Ключи 1 и 2 закрыты, а элемент И 20 открыт. 10

Импульс пуска переводит триггер 4, а затем и триггер 3 в единичное состояние, в результате чего ключи 1 и 2 открываются, и элемент И 20 закрывается. Первый отсчет х„поступает 15 на вход блока памяти 5. Соответствукнций ему тактовый импульс через ключ 2 дополняет счетчик 15 до максимального значения. В результате заполнения на выходе счетчика 15 Zo появляется импульс, который, пройдя элемент ИЛИ 17 и элемент задержки 19, записывает в блок памяти 5 первый отсчет х, сбрасывает триггер 3 и счетчик 15 в нуль, элемент И 20 от- 25 крывается. Второй отсчет х поступает на входы блока памяти 5, сумматора 6 и вычитателя 7, а второй тактовый импульс записывает в счетчике 15 единицу. При этом возможны два случая.

Если х отличается от х,, то на выходе вычитателя 7 образуется разность х -х„, которая в пороговом элементе 18 преобразуется в импульс.

Этот импульс проходит через элемент ИЛИ 17 и элемент И 20 и поступает на управляющие входы сумматоров 14 и 16, а через элемент задержки 19 — на управляющие входы блока памяти 5 и счетчика 15. В результате этого в сумматоре 14 записывается среднее значение квадрата измеряемого сигнала между двумя отсчетами х и х, в сумматоре. 16 — единица, в блоке памяти 5 — последний отличающийся отсчет х.< а счетчик 15 сбрасывается в нуль.

Если х =х „, то импульс на выходе 50 порогового элемента 18 не образуется, в результате чего при повторяющемся отсчете только показание счетчика 15 увеличивается на единицу.

С приходом третьих отсчетов и тактового импульса снова возможны те же два случая. При получении повторяющегося отсчета в счетчике 15 прибавляется единица. При получении же отличающегося отсчета на входах сумматоров 16 и 14 образуются соответственно время между двумя отличающимися отсчетами и среднее значение квадрата центрированного сигнала за это время. Эти значения суммируют ся с уже имеющимися в сумматорах 16 и 14, и процесс продолжается.

Счетчик 15 имеет конечную емкость.

Поэтому при максимальном заполнении счетчика 15 импульс с его выхода проходит элемент ИЛИ 17, производит описанные изменения и сбрасывает на нуль счетчик 15 для следующего заполнения.

Когда сумматор 16 достигает значения 100,1000 и т.д., импульс с его выхода возвращает триггер 4 пуска в нулевое состояние, и после перемещения запятой в сумматоре 14 влево на соответствующее число декад на его выходе получается дисперсия Д сигнала.

Технический эффект от использования изобретения по сравнению с базовым объектом — комплексом измерителей характеристик случайных процессов Х6-4/а — заключается в повьппении точности и уменьшении времени вычисления дисперсии случайных сигна лов. Так, для винеровского сигнала при неизменной длительности эксперимента мультипликативная составляющая дисперсии погрешности вычисления уменьшается в 8,57 раз и аддитивная — в 15 раз. И наоборот, при не,изменной мультипликативной составляющей дисперсии погрешности длительность эксперимента уменьшается в 8,57 раз, а аддитивной составляющей — в 15 раз. Этот эффект достигается благодаря тому, что сумматор 14 суммирует квадрат измеряемого сигнала, осредненный с учетом коррелированности отсчетов за время между двумя существующими отсчетами. Кроме того, осреднение ведется не по числу отсчетов, а по времени эксперимента, которое фиксируется сумматором 16.

1142849

Составитель И.Мухин

Редактор С.Тимохина Техред С.Легеза Корректор Н.Король

Заказ 739/43, Тираж 710 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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