Устройство для определения корреляционных характеристик случайного процесса

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕдаЛЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый элемент НЕ, многозвенные фильтры П)-го и Q -го порядков, входы которых объединены и являются входом устройства , Выход многозвенного фильтг ра порядка соединен с первым входом cyi iaTopa, выход многозвенного фильтра q-го порядка соединен с информационным входом ключа, управлякщий вход которого объединен с входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульсного модулятора , вход которого подключен к выходу первого блока усреднения,- о т личающее ся тем, что, с целью повышения тосности измерения в него введены второй блок усреднения , второй элемент НЕ, квадратор, два коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора, с входом мно гозвенного фильтра т-го порядка и является входом устройства, выход первого коммутатора соединен свторым входом сумматора,третий вход (Л которого .подключен к выходу втЬрого блока усреднения, вход которого подключен к выходу ключа, выход сумматора квадратор соединен с первым информационным входом второго коммутатора и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным входом второго коммутатора выход которого соединен с входом первого блока усреднения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„11 742 А

4(51) G 06 G 7/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

g 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1 ) . 3685628/24-2 4 (22) 02.01,84 (46) 30.06.85. Бюл. Ф 24 (7 2) А. Ф. Гришков, В .А. Писков, С.П.Рыбинский и А.В.Маргелов (53) 621.3(088,8) (56) 1. Жовинский В.Н., Арховский В;Ф.

Корреляционные устройства. М., "Энергия", 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

В 559249, кл. G 06 G 7/ 19, 1977 (прототий). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАИНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый элемент НЕ, многозвенные фильтры

П1-ro u g-го порядков, входы которых объединены и являются входом устройства, выход многозвенного фильт.— ра п1-ro порядка соединен с первым входом сумматора, выход многозвен-.. ного фильтра я -го порядка соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого объединен с входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу первого блока усреднения, о т— личающее ся тем, что, с целью повышения тосности измерения в него введены второй блок усреднения, второй элемент НЕ, квадратор, два коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора подключен к выходу пер-. вого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора, с входом многоэвенного фильтра tn-го порядка и является входом устройства, выход первого коммутатора соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго блока усреднения, вход которого под-, -ключен к выходу ключа, выход сумматора через квадратор соединен с первым информационным входом второго коммутатора и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным входом второго коммутатора, выход которого соединен с .входом первого блока усреднения.

1164742

Изобретение относится к специализированным средствам вычислитель ной технике и предназначено для измерения корреляционных характеристик случайных процессов, представленных в аналоговой форме.

Известно устройство для опреде, ления корреляционных характеристик, случайного процесса, содержащее многозвенный фильтр, вход которого

10 является вхоДом устройства и подключен к информационному входу ключа и к первому входу блока умножения, выход которого через последовательно . соединенные блок усреднения и широт- 15 но-импульсный модулятор подключен к управляющему входу ключа, выход которого соединен с первым входом. блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу многозвенного фильтра, а выход соединен с вторым входом блока умножения (1) .

Однако это устройство не позволяет оценивать отношение двух моментов различных порядков автокорреляционной функции одного случайного процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому объекту является устройство для определения З0 корреляционных характеристик случайного процесса, содержащее многозвенные фильтры N-го и -ro порядков, входы которых объединены и являются входом устройства, инвертор, ключ, З5 сумматор, первый вход которого соединен с выходом многозвенного фильтра ..tn-го порядка, а второй вход — через инвертор с входом ключа, информационный вход которого соединен с выходом 40 многоэвенного фильтра с -го порядка, блока умножения, входы которого подключены соответственно к входу устройства и .к выходу сумматора, а выход через последовательно соединен- 45 ные блок усреднения и широтно-импульсный модулятор к управляющему входу ключа и к входу блока регистрации (2) .

Это устройство позволяет оценивать отношение двух моментов различ- 50 .ных порядков автокорреляционной функции одного случайного процесса.

Однако оно характеризуется .недостаточной точностью и сложно в изготовлении, так как содержит в своем сос- 55 таве конструктивно сложный блок умножения. Накопленная аппаратурная. .погрешность на выходе блока умножения за счет дрейфа его усилителей, температурной нестабильности и т.д. приводит к снижению точности установки относительной длительности импульса на выходе широтно"импульсного модулятора, а тем самым к снижению точности оценки отношения двух моментов различных порядков нормированной автокорреляционной функции одного случайного процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для определения корреляционных характеристик случайного процесса, содержащее элемент НЕ, многоэвенные фильтры m-го и q-го порядков, входы которых объединены и являются входом устройства, выход многозвенного фильтра m-ro порядка соединен с первым входом сумматора, выход многозвенного фильтра q-го порядка соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого объединен с входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу первого блока усреднения, введены второй блок усреднения, второй элемент НЕ, квадратор, два коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатбра, с входом многозвенного фильтра m-ro порядка и является входом устройства; выход первого коммутатора соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго блока усреднения, вход которого подключен к выходу ключа, выход сумматора через квадратор соединен с первым йнформационным входом второго коммутатора и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным входом второго коммутатора, выход которого соединен с входом первого блока усреднения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения корреляционных характеристик случайного

1164742

Исследуемый центрированный случайо ный процесс x(t) поступает на вход устройства. С выхода многозвенного фильтра 1 с импульсной характеристи5 кой Н () сигнал

Ж (3) U,- j I4)" ) к () -" ) d C о поступает на первый вход суммато10 ра 7. На второй вход сумматора 7 поступает сигнал U2 с выхода блока усреднения 5. 1 и равен

f5 где q = 0,1,2 — порядок оцениваемого момента, элементы НЕ 3,1 и 3.2, ключ 4, блоки 5.1 и 5.2 усреднения, коммутаторы 6.1 и 6 2, сумматор 7, квадратор 8, широтно-импульсный модулятор 9, генератор 10 тактовых импуль25 сов и блок 11 регистрации, входы многозвенных фильтров 1 и 2 элемент НЕ 3.1 и соответствующий инфор-,, мационный вход коммутатора 6. 1 объ-. единены и являются входом устройст- З0 ва, первый информационный вход коммутатора 6.1 соединен с выходом элемента 3.1, выход многозвенного фильтра 1 непосредственно подключен к первому входу сумматора 7, а выход. 35 многозвенного фильтра 2 через последовательно соединенные ключ 4 и блок 5.1 усреднения подключен к дру.гому входу сумматора 7, последний вход которого соединен с выходом ком-40 мутатора 6.1, вход квадратора 8 соединен с выходом:сумматора 7, а его выход — непосредственно с первым информационным входом и через элемент НЕ 3.2 со вторым информационным 45 входом коммутатора 6.2, выход которого через последовательно соединенные блок 5.2 усреднения и широтноимпульсный модулятор 9 подключен к управляющему входу ключа 4 и к вхо-50 ду блока 11 регистрации, выход генератора 10 тактовых импульсов подклю" чен к управляющим входам коммутаторов 6.1 и 6.2.

Устройство для определения корреляционных характеристик случайного процесса работает следующим образом. (3-((,—, () (Ц, U,"=(U,-u,)- М, 3 процесса содержит многозвенный фильтр 1 m-ro порядка, импульсная переходная характеристика которого равна н)".) = — "., z (""1 где Т вЂ” постоянная времени каждого звена;

n=l,2,... — количество звеньев;

m=O, 1,2... — порядок оцениваемого момента; многозвенный фильтр 2 g го порядка, импульсная переходная характеристика .которого равна я — Р-" 1 л K, (л (; (2)

„гО <, U,=-q(),1-)c(".)x)),-"".)3, (4) о где Z (t ) — коммутационная функция ключа 4, равная "А" во время о замкнутого ключа и равная -"А" во время г

Т„-с открытого ключа;

Т „- период следования импульсов широтно-импульсного модулятора 9;

А — постоянная величина.

При нахождении коммутаторов 6 .1 и 6.2 в положении как показано на чертеже, на выходе сумматора 7 имеем сигнал ( а на выходе квадратора. 8 и на входе блока усреднения 5.2 имеем сигнал

I (6)

U,=((u,-u,) 1<))) При нахождении коммутаторов 6. 1 и 6.2 в положении, противоположном изображенному на чертеже, на вЫходе сумматора 7 имеем сигнал на выходе квадратора 8 сигнал (8)

Il,=((U,-U,).х ф1, а на входе блока усреднения 5.2

tl имеем сигнал со знаком минус U+ ..

Генератор 10 тактовых импульсбв, управляя коммутаторами 6. 1 и 6. 2, осуществляет принцип временного разделения сигналов, позволяет получить на входе блока 5.2 усреднения переменный сигнал, имеющий форму меандра, амплитуда положительных импуль-! г сов которого равна U<, а отрицательных — U+, На выходе блока 5.2 усред-

1164742 нения имеем сигнал U пропорциональный оценке математического ожидания этого переменного сигнала, под действием которого широтно-импульсный модулятор 9 изменяет длительность импульсов до тех пор, пока сигнал

U на выходе блока 5.2 усреднения

5 не станет равен нулю, т.е. на выходе блока 5. 2 усреднения с учетом выражений (3), (.4), (6) и (8) получим

Щ

Us Lt1í()õ(öx (t ") " tr (t) о

" Г, lx(t) x(t-") 1;), 0 (9) 15

P r (" 1 < (a)=„„ ("ь Pr(") )

30 о где 0 д — нормированная автокорре " Х ляционная функция случайо ного сигнала x (t). 35

Из анализа видно, что в качестве оценки отношения моментов автокорреляционной функции исследуемого процесса является относительная длительность импульсов широтно-импульсного модулятора 9, измеряемая блоком 11 регистрации. г где Ь вЂ” оператор сглаживания.

В установившемся режиме, когда

U =О из выражения (9) получим

СО 20 н):) (t),(- ),)-. (ц О

jci)e) «(t) х(е) ) . о 25 а с учетом выражений (1) и (2) получаем

Точность устройств а обе спе чив ае т .

1 ся за счет применения компенсационного метода измерения оценки математического ожидания и может быть определена с высокой точностью.

Кроме того, точность оценки ма— тематического ожидания на выходе. широтно-импульсного модулятора 9 в предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором, блоком умножения), а в прототипе зависит и определяется их точностью.

Экспериментальная сравнительная оценка точности предлагаемого устройства и прототипа проводилась на аналоговой вычислительной машине

ABM МН-18M. В результате моделирования получены результаты, показывающие, что точность предлагаемого устройства на порядок выше, чем у прототипа. Кроме того, при выполнении устройства в аналоговой форме упрощается конструкция устройства, так как отпадает необходимость в высококачественных 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 (так как квадратор конструктивно на много проще блока умножения предлагаемого устройства),. как показали расчеты, наработка на отказ увеличилась на ЗОБ.

Реализация предлагаемого устройства не представляет технических трудностей, 1164742

Составитель А.Иванова

Редактор. Л.Авраменко Техред И.Гергель Корректор Л.Пилипенко

Заказ 41.89/47 Тираж 7!О . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент",: r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4