Способ измерения дисперсии центрированного нормального случайного процесса и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения дисперсии центрированного нормального случайного процес са, включающий в себя предварительное усиление и двухполупериодное выпрямление процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения дисперсии узкополосных процессов путем достижения независимости точности измерителя от ширины полосы частот, поддерживают время измерений обратно пропорциональным эффективной ширине полосы частот процесса, а количество независимых отсчетов процесса сохраняют неизменным и независимым от Q полосы частот, путем подсчета числа нулей S процесса вплоть до достижения заданного (Л количества, фиксируют за это время число пересечений случайным процессом заданного порогового уровня, которое пропорционально дисперсии исследуемого процесса. оо 4 to О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Рц4 G 0" G 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ыд,,:=.,":, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3520898/24-09 (22) 08.12.82 (46) 15.08.85. Бюл. № 30 (72) И. С. Брайнина (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (53) 683.3(088.8) (56) Левин Б. P. Теоретические основы статической радиотехники. Кн. 1, М.: Советское радио, 1966.

Суворов Б. И. Дисперсия числа выбросов нормального шума.— Радиотехника и электроника, 1971, № 1.

Брайнина И. С. Соотношение между дисперсией общего числа пересечений заданного уровня стационарным случайным процессом и дисперсией числа выбросов на интервале т

Радиотехника и электроника, 1977, № 9.

Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М.:

Энергия, 1972, с. 100.

„„Я()„„1173426 д (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИСПЕРСИИ

ЦЕНТРИРОВАННОГО НОРМАЛЬНОГО

СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ измерения дисперсии центрированного нормального случайного процес са, включающий в себя предварительное усиление и двухполупериодное выпрямление процесса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения дисперсии узкополосных процессов путем достижения независимости точности измерителя от ширины полосы частот, поддерживают время измерений обратно пропорциональным эффективной ширине полосы частот процесса, а количество независимых отсчетов процесса сохраняют неизменным и независимым от полосы частот, путем подсчета числа нулей процесса вплоть до достижения заданного количества, фиксируют за это время число пересечени и случайным процессом заданного порогового уровня, которое пропорционально дисперсии исследуемого процесса.! 173426 (6) N (О) =Л (О) Т. (2) 2. Устройство для измерения дисперсии центрироьанного нормального случайного процесса, содержащее последовательно соединенные блок согласования и двухполупериодный выпрямитель и индикатор, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные пороговый блок, первый элемент И, первый счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу индикатора, 1

Изобретение относится к статистической радиотехнике и может быть использовано при измерениях средней мощности центрированных нормальных случайных процессов, в частности шумов.

Цель изобретения — повышение точности измерения дисперсии узкополосных процессов путем достижения независимости точности измерителя от ширины полосы частот.

На чертеже приведена структурно-электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 согласования, двухполупериодный выпрямитель 2, пороговый блок 3, формирователь 4 импульсов, первый и второй элементы И 5 и 6, первый и второй счетчики 7 и 8 импульсов, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, дешифратор 1Р, индикатор 11 и элемент 12 сброса.

Предлагаемый способ измерения дисперсии центрированного нормального случайного процесса основан на связи между интенсивностью числа пересечений процессом заданного порогового уровня и дисперсией.

Известно, что среднее число N (XI)) выбросов Ilopìà;Iüíîãо процесса над уровнем

Хо за время Т равно

N(ХО)=Л(0)те "Г б () где о — искомая дисперсия процесса;

К(0) — интенсивность гересечений нулевого уровня или число выбросов над (под) нулевым уровнем в единицу времени.

Среднее число выбросов N(0) процесса над (под) нулевым уровнем за время Т равно

Если центрированный нормальный случайный процесс подвергнуть двухполупериодному выпрямлению, интенсивность пересечений удвоится и за тот же интервал времени

Т будет проанализирован вдвое больший объем информации о мгновенных значениях случайного процесса. последовательно соединенные формирователь импульсов, второй элемент И, второй счетчи к им пульсов и дешифратор, выход которого подключен к вторым входам элементов И, и элемент сброса, выход которого подключен к вторым входам счетчиков импульсов, выход двухполупериодного выпрямителя подключен соответственно к входам порогового блока и формирователя импульсовв.

В соответствии со сказанным среднее число выбросов модуля процесса над порогом

Хо за время Т будет, N (tX$) =2Л (О) 1 е "о/ (3) а над нулевым порогом после двухполупериодного выпрямления

М ф() =2Л(0) Т. (4)

11о предлагаемому способу число выбросов процесса после двухполупериодного выпрямления над нулевым уровнем подсчи10 тывается счетчиком 7 импульсов вплоть до его заполнения, т. е.

N (Ц) =2Л(0) Т=Е, (5) где Š— емкость счетчика 7.

Из равенств (3) и (5) после преобразований имеем

15 Х,/2 где N — показания второго счетчика 8.

Как следует из (6), при фиксированном уровне порога Хо и заданной емкости Е первого счетчика импульсов дисперсия процесса определяется только показаниями N второго счетчика. цля расширения пределов измерения дисперсии необходимо предусмотреть на входе устройства возможность регуровки усиления и ослабления уровня измеряемого случайного процесса. При этом расчетное соотношение (6) запишется в виде

К- Х, /2 и E/В где 1/К вЂ” коэффициент передачи входного устройства по мощности.

Коэффициент К является масштабным множителем и определяет выбор шкалы измерений. Операции логарифмирования может быть заложена в градуировке шкалы индикатора. Емкость Е первого счетчика

35 импульсов должна выбираться из компромиссных соображений. Как следует из (5) при заданной интенсивности нулей случайного процесса Л(0) время Т измерения дисперсии нормального случайного процесса

4О прямо пропорционально емкости счетчика E.

Интенсивность числа нулей Л(0) и эффек1173426

Составитель И. Макаров

Техред И. Верес Ко рре кто р В. Бу тя га

Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Реда кто р Ю. Ко в ач

Заказ 5067/49 тивная ширина энергетического спектра AF процесса связаны соотношением

X(0) =уЛГ, (7) где у — коэффициент пропорциональности, определяемый формой спектральной плотности процесса.

Из (5) и (7) имеем

T=

Я

2YAF (8) т. е. время измерений устанавливается автоматически и возрастает для узкополосных п роцессов.

Для уменьшения времени измерений дисперсии необходимо снижать емкость Е счетчика 7 импульсов. Однако это повлечет за собой увеличение относительной среднеквадратичной погрешности измерений, которая изменяется обратно пропорционально величине 1/- /Е.

Компромисс между допустимой относительной среднеквадратичной погрешностью, не превышающей единиц процента, и приемлемым временем измерений Т достигается при выборе емкости счетчика порядка Е=

10ç 104

Устройство для осуществления способа измерения дисперсии центрированного нормального случайного процесса работает следующим образом.

Исследуемая реализация процесса поступает на блок 1, где подвергается регулируемому усилению (ослаблению) . В состав блока 1 входит ступенчато-регулируемый удлинитель, с выхода которого реализация процесса подается на усилитель с постоянным коэффициентом усиления. Состояние регулятора уровня задает коэффициент передачи по мощности 1/К блока 1 и определяет выбор шкалы измерений. С выхода блока 1 реализация процесса поступает на двухполупериодный выпрямитель 2, с выхода которого модуль случайного процесса подается одновременно на вход порогового блока 3 и формирователя 4 импульсов. Пороговый блок 3 предназначен для преобразования модуля нормального случайного процесса в последовательность прямоугольных импульсов превышения порога стандартной амплитуды.

Длительность импульсов определяется длительностью выбросов процесса над фиксированным пороговым уровнем Хо. В качестве пс)рогового блока 3 используется триггер

Шмидта со стабилизированным пороговым уг1ов нем.

Формирователь 4 импульсов представляет собой также пороговый блок с нулевым пороговым уровнем. На выходе формирователя

4 импульсов формируется последовательность прямоугольных импульсов стандартной амплитуды, длительность которых определяется интервалами между соседними пересечениями процессом нулевого уровня.

П явление каждого импульса на выходе порогового блока 3 обязательно сопровождается появлением импульса в формирователе 4 импульсов. Напротив, появление импульса на выходе формирователя 4 импуль-!

О сов не обязательно влечет за собой возникновение импульса на выходе блока 3. Таким образом, интенсивность импульсной последовательности на выходе формирователя 4 импульсов выше, чем на выходе порогового блока 3. Обе указанные последовательности импульсов поступают (каждая) на первый вход соответствующего элемента И 5 и 6.

На вторые входы элементов И после нажатия элемента 12 сброса начинает поступать разрешающий потенциал «1» с выхода дешифратора О.

При этом с выхода элемента И 6 импульсная последовательность с большей интенсивностью поступает на счетный вход счетчика 8 импульсов. С выхода элемента И 5 импульсная последовательность с меньшей интенсив25 ностью подается на счетный вход счетчика 7 импульсов. Оба счетчика 7 и 8 импульсов предварительно устанавливаются в исходное нулевое состояние в момент нажатия элемента 12 сброса. Емкость обоих счетчиков 7 и 8 импульсов берется одинаковой, как уже отмечалось выше, порядка E=1 0 — 104. Поскольку интенсивность импульсной последовательности на счетном входе счетчика 8 импульсов выше, он заполняется раньше, чем счетчик 7. После заполнения счетчика 8 срабатывает дешифратор 10, на выходе которого появляется запрещающий потенциал

«О». Поступая на объединенные вторые входы элементов И 5 и 6, запрещающий потенциал препятствует дальнейшему поступлению импульсов на счетные входы счетчиков 7 и 8

40 импульсов. Состояние счетчика 7 преобразуется с помощью ЦАП 9 в напряжение, пропорциональное количеству N подсчитанных счетчиком 7 импульсов. С выхода ЦАП 9 это напряжение поступает на индикатор 11.

Градуировка шкалы индикатора 11 опреде45 ляется как связью между измеряемой дисперсией нормального процесса и показаниями счетчика 7, так и законом преобразования цифра — аналог. Поскольку первая связь задана жестко, можно подобрать закон преобразования цифра — аналог в ЦАП 9 так, 50 чтобы шкала индикатора получилась близкой к равномерной.