Статистический анализатор

 

ОПИС Е

ИЗОЬРИТИНИЯ п1 554543

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.05.75 (21) 2142046/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.77. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 25.04.77 (51) М. Кл G 06G 7 52

Государственный комитет

Совета Министров СССР по депам изобретений и открытий (53) УДК 681.323(088.8) (72) Авторы изобретения

В. E. Лещенко и В. Г, Скворцова (71) Заявитель (54) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам обработки измерительной информации с целью получения статистических характеристик сигналов статистическим анализатором.

Известен статистический анализатор, состоящий из входного устройства, амплитудного селектора и формирователя верхнего и нижнего каналов, вычитающего и регистрирующего устройств. Известный анализатор имеет достаточную точность и удобен в работе, однако его применение ограничивается исследованием стационарных эргодических процессов (1).

Наиболее близким к изобретению является анализатор, содержащий первый и второй блоки согласования, входы которых подключены ко входу устройства, а выходы соответственно через дискриминатор верхнего и дискриминатор нижнего уровней анализа подключены к первому и второму входам элемента антисовпадений, интеграторы, управляющие входы которых подключены к блоку сброса, генератор импульсов и блок регистрации (2). Анализ путем осреднения по времени для определения параметров нестационарных процессов, представленных одной реализацией, может в ряде случаев давать приемлемые результаты. Однако в некоторых случаях такой анализ может привести к значительно искаженным оценкам.

Иногда бывает важно определять моменты, когда исследуемый процесс отклоняется от стационарного, что известные устройства не позволяют сделать.

Целью изобретения является повышение точности анализа процессов с нестационарными распределениями. В описываемом устройстве это достигается тем, что в него введены блок переключения, сумматор и коммутатор, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход подключен к блоку сброса, а второй — к управляющим входам блока переключения, информационный вход которого соединен с выходом элемента антисовпадений, а выходы через соответствующие интеграторы подключены ко входам сумматора, выход которого соединен с блоком регистрации.

Блок переключения и схема сброса управля20 ются коммутатором по определенному закону, который позволяет на выходе анализатора получать значения функции плотности вероятноТ сти с дискретностью по времени —, где Т— полное время осреднения, и — число поддиапазонов, определяемое требуемой точностью приближения. Если априорно предполагается, что нестационарность исследуемого процесса может иметь «период» Т, то для определения

Зо числа поддиапазонов можно воспользоваться

554543

3 известным соотношением теоремы Котельникова (1 (1) если характер нестационарности предварительно предположить нельзя, то количество поддиапазонов можно выбрать произвольно, исходя из аппаратурных возможностей. Однако, вероятно, нецелесообразно брать n)3 — 4, так как это может значительно увеличить габариты анализатора.

Весь диапазон осреднения Т разбивается на п промежутков. На каждый уровень измерения вводится блок переключения, содержащий (и+1) ключевых схем, и, соответственно, вводится (и+1) интеграторов.

На фиг. 1 представлена блок-схема описываемого устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг. 3 — пример осуществления предлагаемого метода анализа.

Анализатор содержит блоки согласования 1, дискриминатор 2 верхнего и дискриминатор 3 нижнего уровня, предназначенные для выделения сигналов, превышающих заданный уровень, соединенные со входом элемента антисовпадений 4, выход которого соединен со входом блока переключения 5, управляемого коммутатором 6 и предназначенного для разделения сигналов во времени. Выходы блока переключения 5 соединены со входами интеграторов 7, выходы которых соединены со входом сумматора 8, а выход сумматора 8 соединен с блоком регистрации 9. Вход коммутатора 6 соединен с выходом генератора импульсов 10, выход коммутатора соединен со входами блока переключения 5 и входом блока сброса 11, предназначенного для обнуления интеграторов 7.

Анализ случайного процесса производится одновременно по всем измерительным каналам (уровням анализа по амплитуде). Исследуемый сигнал x(t) через блок согласования 1 поступает на дискриминаторы верхнего 2 и нижнего 3 уровня, на выходе которых образуются серии импульсов с длительностью, равной времени, в течение которого амплитуда сигнала превышает пороги сравнения дискриминаторов (см. фиг. 2, б, в). Если порог сравнения дискриминатора нижнего уровня первого измерительного канала обозначить через хо, то порог сравнения дискриминатора верхнего уровня этого канала равен х — — хо+Ах, где Лх — величина шага дискриминации исследуемого сигнала по амплитуде, постоянная для всех измерительных каналов и устанавливаемая заранее. Дискриминатор верхнего уровня первого измерительного канала является одновременно дискриминатором нижнего уровня для второго измерительного канала и, соответственно, порог сравнения дискриминатора верхнего уровня второго измерительного канала равен х — — а+Ах и т. д. Для i-ãî измерительного канала дискриминатбр нижнего уров5

4 ня имеет порог сравнения х; ь верхнего уровня, соответственно, х,=х; +Ах, При работе, например, одного измерительного канала импульсы с выходов дискриминаторов верхнего 2 и нижнего 3 уровней поступают на вход элемента антисовпадений 4. Элемент антисовпадений 4 формирует импульсы с длительностью, равной времени, в течение которого амплитуда исследуемого сигнала находится между уровнями х; < и х; (равна разности длительностей импульсов приведенных на графиках б и в фиг. 2), в пределах интервала Лх (см. фиг, 2, г). С выхода элемента антисовпадений 4 импульсы поступают на блок переключения 5, разделяющий импульсы пс времени прихода. В течение промежутка вре т мени Π— t>, равного —, открыт только первый и ключ блока переключения 5, и импульсы, пришедшие в течение этого промежутка времени, проходят на первый интегратор 7 (см. фиг.

2, д); в промежуток времени 4 — 4 открыт только второй ключ блока переключения 5, и импульсы проходят на второй интегратор 7 (см. фиг. 2, е) и т. д.; в промежуток t — t > импульсы проходят на (n+1)-й интегратор 7 (см. фиг. 2, г, и).

Работой блока переключения 5 управляет коммутатор 6, запускаемый генератором импульсов 10.

Напряжение на интеграторах 7 сохраняется и — 1 в течение времени — Т, т. е. на первом ини теграторе в течение интервала времени 4 — t, на втором — в течение 4 — t +< и т. д. После этого интеграторы обнуляются блоком сброса

11 по такому же закону, как работают ключи, и — 1 но со сдвигом во времени на интервал Т, и т. е. первый интегратор обнуляется в интервале t„— t„+,, второй — в интервале t„+,— t„ q и т. д. В сумматоре 8 происходит сложение выходного напряжения со всех (n+1) интеграторов. Так как в каждый момент времени один из (n+1) интеграторов обнулен, на выходе сумматора 8 имеется сумма напряжений интегрирования с и интеграторов, т. е. за промежуТ ток времени, равный и — ) = T, который в реп зультате примененного способа коммутации

Т сдвигается на интервал времени — . и

Таким образом, в моменты времени t, t >, t„+> и далее на выходе имеем значения функции плотности вероятности р(х;), причем в момент времени 1 имеем значение времени р(х,) за время осреднения Π— 1„, равное Т, в момент времени,tn+1 — за время осреднения также равное Т и т. д. А совокупность значений р(х,) для всех уровней анализа (по всем измерительным каналам) составит функцию плотности вероятности р(х) исследуемого процесса для данного момента времени t„, t +< и т. д, Пример работы анализатора.

554 543

Пусть исследуемый процесс имеет вид, представленный на фиг. 2, в. В нем можно выделить три характерных участка: на первом и третьем участках распределение вероятностей равномерное, на втором — близкое к нормальному (соответствующие распределения представлены на фиг. 3, а). Если исходить из традиционного метода выбора периода осреднения Т из условия статистического приближения, то при анализе указанного процесса (см. фиг. 3, б) получим распределение плотности вероятности (см. фиг. З,в), получаемые в моменты времени 4, 4. При анализе этих графиков трудно определить характер имеющейся нестационарности. Если обозначить «период» нестационарности Т> (где Т =-1,3 Т), то пользуясь соотношением (1) получим n) 1,5. Примем п=2. Таким образом, интервал осреднет ния Т будет смещаться на —, т. е, мы будем

2 получать значения функции плотности вероятности в моменты t>, t4, 4, сдвинутые один отт носительно другого на интервал —. Получае2 мые в этом случае распределения плотности вероятности показаны на фиг. 3,г, Сравнение графиков в и г, приведенных на фиг. 3, показывает, что график г дает лучшее приближение и позволяет выявить характер нестационарности.

Использование новых элементов (блока переключения, коммутатора, сумматора) выгодно отличает описываемый анализатор от известных, так как позволяет с большей точностью следить за изменениями во времени функции

35 плотности вероятности нестационарных процессов, что увеличивает точность устройства, а также расширяет сферу его применения для измерения статистических характеристик.

Формула изобретения

Статистический анализатор, содержащий первый и второй блоки согласования, входы которых подключены ко входу устройства, а выходы соответственно через дискриминатор верхнего и дискриминатор нижнего уровней анализа подключены к первому и второму входам элемента антисовпадений, интеграторы, управляющие входы которых подключены к блоку сброса, генератор импульсов и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа процессов с нестационарными распределениями, анализатор содержит блок переключения, сумматор и коммутатор, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый выход подключен к блоку сброса, а второй — к управляющим входам блока переключения, информационный вход которого соединен с выходом эЛемента антисовпадений, а выходы через соответствующие интеграторы подключены ко входам сумматора, выход которого соединен с блоком регистрации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Мирский Г. Л. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М.— Л., 1972, с. 284.

2, Патент Великобритании No 1335072, кл.

G lv, 1973.

554543

Составитель В. Жовинский

Техред А. Камышннкова

Корректор Н. Аук

Редактор Л. Тюрина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 784/14 Изд. № 349 Тираж 815 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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