Адаптивный анализатор площадей выбросов случайных процессов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1) g С 06 Р 15/36.1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

iai C

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3905409/24-24 (22) 29.04.85 (46) 15.10.88. Бюл. Р 38 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) И.C. Брайнина .(53) 681.3(088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

У 326521, кл . G 06 F 15/36, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Ф.962979, кл. С 06 F 15/36, 1981. ,(54)(57) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР ПЛОЩАДЕИ ВЫБРОСОВ СЛУЧАЙБЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащий первый блок вычитания, первый вход которого объединен с информацнэнным входом порогового блока, вход задания порога которого объединен с вторьпч входом блока вычитания и является входом заданного порога анализатора, выход порогового блока подключен к первым входам первого и второго элементов И и входу формирователя импульсов, первый выход кото- ° рого соединен с входом сброса накопительного счетчика, разрядные выходы которого подюаоченй соответственно к информационным входам дешифратора, разрядные выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, выходы которых подключены соответственно к счетным входам накопительных счетчиков группы, а вторые входы элементов

И группы объединены и подключены к второму выходу формирователя импульсов, при этом выход блока вычитания через преобразователь напряжения в. частоту соединен с вторым входом первого элемента И, о т л и ч а юшийся тем,,что, с целью повышения точности измерений и расширения

„„SU„„3430966 А1 амплитудного и частотного диапазонов анализатора за счет его адаптации к амплитудному размаху и средней площади выбросов, в анализатор введены счетчик числа выбросов, управляемый делитель частоты, счетчик с редней площади выбросов, блок задания времени индикации, элемент запрета и управляемый усилитель, состоящий иэ последовательно соединенных декадных . усилителей, параллельно каждому из которых подключен ключ, двухуровневого компаратора и распределителя сигналов, выходы которого соединены соответственно с входами управления замыканием ключей, входы управления размыка- Я

9 нием которых объединены с входами сброса распределителя сигналов счетчиков группы и с первым входом сброса счет- у> чика средней площади выбросов и подключены к первому выходу блока задания времени индикаций, первый вход

n-ro декадного усилителя является информационным входом анализатора, выход первого декадного усилителя соединен с информационным входом двухуровневого компаратора и первым входом блока вычитания, а выход двухуровневого компаратора подключен к информационному входу распределителя сигналов, к первому входу сброса счетчика числа выбросов и второму входу сброса счетчика средней площади выбросов, разрядные выходы которого соединены соответственно с разрядными входами управляемого делителя, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а управляющий вход подключен к выходу преобразователя напряжения в частоту, третьи входы первого и второго элементов

1430966

И подключены соответственно к первому и второму информационным выходам счетчика числа выбросов, счетный вход которого соединен с выходом порогового блока, а выход переполнения соединен с входом блока задания времени индикации, второй выход которого соединен с вторым входом сброса счетчика числа выбросов и первым входом эле1

Изобретение относится к экспериментальному определению статистических характеристик стационарных случайных процессов и может быть использовано (например, в технике связи, метеорологии, медицине и т.п.) для измерения плотности распределения площадей выбросов процесса эа заданный уровень в условиях априорной неопределенности амплитудных и частотных свойств процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение амплитудного и частотного диапазонов анализатора эа счет его адаптации к амплитудному размаху и средней площади выбросов.

На чертеже изображена функциональ ная схема предлагаемого анализатора.

Анализатор содержит блок 1 вычитания, группу иэ и последовательно соединенных декадных усилителей 2 (декады), группу из и ключей 3, каждый из которых подключен параллельно соответствующему декадному усилителю

2, двухуровневый компаратор 4 и распределитель 5 сигналов, элементы И

6 и ?, управляемый усилитель 8, который включает группы декадных уси лителей 2 и ключей 3, счетчик 9 числа выбросов, преобразователь 10 напряжения в частоту, управляемый делитель 11 частоты, накопительный счетчик 12, пороговый блок 13, формирователь 14 импульсов, дешифратор

15, группу элементов И !6, группу счетчиков 17, счетчик 18 средней площади выбросов, блок 19 задания времени индикации и элемент 20 запрета.

Анализатор строится по адаптивному принципу. Небольшая часть общего мента запрета, выход которого соединен с управляющим входом дешифратора, второй вход соединен с выходом переполнения накопительного счетчика, а вход сброса элемента запрета соединен с первым выходом формирователя импульсов, при этом выход первого элемента

И соединен с счетным входом счетчика средней площади выбросов. времени, отводимого на анализ, затрачивается на предварительное измерение некоторых средних параметров случайного процесса и адаптацию (подстрой"

5 ку) анализатора к амплитудным и частотным характеристикам данного стационарного случайного процесса, после чего основная часть общего времени отводится на измерения требуемых ха1О рактеристик процесса с заданной точностью при оптимальных параметрах анализ атор а.

В анализаторе за время адаптации осуществляется поиск оптимального ко- эффициента усиления управляемого усилителя 8 и оценка оптимальной ширины дифференциального коридора д(S)

Амплитудный диапазон анализатора ограничен сверху опорными уровнями

+7, соизмеримыми с напряжением источников питания операционных усилителей в составе управляемого усилителя 8. Снизу диапазон входных сигналов X(t) ограничен только чувствительностью и стабильностью усилителя (на уровне единиц мипливольта) . В целом диапазон амплитуд составляет

З0 три-четыре порядка (n 3-4), а диапазон измеряемых площадей выбросов не менее 120 дБ, причем поиск нужного диапазона происходит автоматически за счет адаптации анализатора.

З5 Анализатор в режиме измерения плотности распределения M(S) площадей выбросов случайного процесса X(t) над заданным порогом V при начальных условиях, сформированных в режиме

40 адаптации, работает следующим образом.

0966

10

25

40

143

К началу измерений установлен автоматически опгимальньгй коэффициент 1

К; t 10 усиления по напряжению регулируемого усилителя 8, автоматически выбран коэффициент К рр деления управляемого делителя 11 частоты, пропорциональный средней площади выбросов, который задает оптимальную ширину дифференциального коридора.

Усиленный случайный сигнал с выхода управляемого усилителя 8 поступает одновременно на первые входы блоха 1 вычитания и порогового блока

l3, В блоке 1 вычитания, выполненном на основе операционного усилителя, происходит вычитание из сигнала X(t), поданного на суммирующий вход, noporosoro уровня V поданного на инвертирующий вход операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления. На выходе блока 1 вычитания возникают выбросы случайного процесса

X(t) над пороговым уровнем. Выбросы поступают на вход преобразователя 10 напряжения в частоту, представляющего собой генератор импульсов (мультивибратор), элементы времязадающей

КС-цепи которого изменяются под действием напряжения выбросов таким образом, чтобы осуществлялось линейное преобразование напряжения в частоту следования импульсов в заданном диапазоне уровней и частот.

Импульсы стандартной амплитуды с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту поступают на счетный вход управляемого делителя 11 частоты с коэффициентом K qi деления, задаваемам кодом счетчика 18 средней площади выбросов. С выхода управляемого делителя 1! частоты импульсы частотой f f(t)/К р поступают на вход элемента И 7, открытого по своему третьему входу высоким уровнем напряжения со второго выхода счетчика

9 числа выбросов в течение всего времени Т„ измерений. По первому входу элемент И 7 открывается на время прохождения каждого очередного выброса импульсом с выхода порогового блока

13, представляющего собой компаратор напряжений Х(й) и V„, поступающих на его первый и второй входы. Пороговый блок 13 формирует HB своем выходе импульсы стандартной амплитуды, длительность которьгх совпадает с продолжительностью выбросов. Во время действия выбросов элемент И 7 открывается и на его выходе появляется пачка счети х импульсов. Количество импульсов в пачке пропорционально как длительности выбросов, так и частоте заполнения пачки, равной f -f(t)/К

4cr

=KV(t)/К „т.е. мгновенным значениям напряжения V (t) выбросов. Другими словами, количество импульсов в пачке пропорционально площади выбросов.

При оптимальном значении коэффициента К>«деления управляемого дели-. теля 11 частоты, количество импульсов в пачке совпадает с номером 1 4 i I канала многоканального анализатора площадей выбросов, в который должна быть записана информация о попадании значения площади S. выбросов в за1 данный i-й дифференциальный коридор, Количество импульсов в пачке с выхода элемента И 7 подсчитывается накопительным счетчиком 12, в котором сменяются коды-адреса, управляющие дешифратором 15. Смена адресов на входах дешифратора 15 продолжается до окончания выбросов, когда нФ втором выходе формирователя 14 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, соответствующий заданному фронту импульса выбросов с выхода порогового блока 13. Этот импульс поступает на объединенные вторые входы группы элементов И 16 и проходит на выход того из них, номер которого совпадает с адресом, записанным в накопительном счетчике 12 к моменту окончания выбросов. С выходя открытого элемента И группы этот импульс проходит в одноименный счет чик группы счетчиков 17.

С приходом следующего выброса импульсом с первого выхода формирователя 14 импульсов накопительный счетчик

l 2 обнуляется и оказывается приготовленным к записи адреса следующего выброса.

В случае появления выбросов, площадь которых превышает максимальную измеряемую площадь S «, накопительный счетчик !2 переполняется еще до окончания выбросов и на его выходе появляется импульс переполнения, поступающий на второй вход элемента 20 запрета, который закрывает дешифратор 15. Вся группа элементов И 16 оказывается закрытой и ни в один из счетчйков группы 17 не проходит импульс в момент окончания выбросов площадью S > S„ »,. Это еще не приво30966

S 14 е дит к заметным искажениямкривой плотно сти распределения W(S) площадей выбросов из-за "усечения хвоста"на уровне

SS««npv условии,что S S „„,не,превышает единиц процента от общего числа выбросов E. Если же относительное количество выбросов площадью $ > S велико, то необходимо увеличить значение S„«,. В момент прихода следую щего по площади выброса элемент 20 запрета обнуляется импульсом с первого выхода формирователя 14 импульсов и открывает дешифратор 15, подготавливая его к работе.

К моменту заполнения счетчика 9 числа. выбросов измерения автоматически заканчиваются, поскольку со второго выхода этого счетчика начинает.поступать уровень логического "0", закрывающий элемент И 7 по третьему входу и препятствующий дальнейшему прохождению информации в грулпу счетчиков 17.

С этого момента начинается индикация результатов измерения в течение времени t установленного в блоке

l9 задания времени индикации. Блок

l9,представляет собой одновибратор, вырабатывающий импульс длительностью

t ïðè поступлении íà его вход импульса переполнения с третьего выхода счетчика 9 числа выбросов ° В течение времени t импульс с второго выхода блока 19 задания времени индикации удерживает в нуле счетчик

9 числа выбросов и элемент 20 запрета, препятствуя поступлению новой информации н группу счетчиков 17 в течение всего времени индикации.

За время t „ оператор должен зафиксировать показания Ь; каждого счетчика группы 17, код числа (n - i) определяющий коэффициент К; 10 усиления управляемого усилителя 8, записанный в распределителе 5 сигналов, а также код числа К«Р, записанный в счетчике 18 средней плошади выбросов. Индикация осуществляется с помощью цифровых индикаторов (не показаны). Оценка плотности распределения площадей выбросов находится по формуле

W (ддS), 1c igy, Ф 1 h; где dS .10 "- О 5 х

КдеР— (ь- 1

-(Ъ-11 х 10 К, еР 10 (В ° с) — ширина дифференциального коридора, приведенная к входу анализатора, с учетом того, что в составе управляемого усилителя 8 введены (и — i) декад усиления, а управляемый делитель 11 частоты увеличивает ширину дифференциального коРиДоРа в КдеР Раз.

По окончании времени t< индикации с первого выхода блока 19 поступает короткий импульс, сбрасывающий в нуль распределитель 5 и размыкающий все ключи управляемого усилителя 8. Од 0 новременно сбрасывается в нуль счетчик 18 средней площади выбросов, обнуляется группа счетчиков 1 7 и схема анализатора приводится в исходное состояние.

На этом процедура измерения плотности распределения площадей выбросов завершается. Если на входе анализатора продолжает действовать случайный процесс X(t), то цикл измерений

40 автоматически повторяется. При этом сразу после окончания индикации начинается повторный этап адаптации и далее все процессы повторяются аналогично вышеописанному..

1430966

Техред Л. Сердюкова Корректор М. Максимишинец

Редактор А. Ревин

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5344/51

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4